JP2004106105A - 搬送ロボット - Google Patents
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Abstract
【課題】旋回時に横方向への張り出しがなく、旋回のためのはみ出しスペースを要しない搬送ロボットを提供する。
【解決手段】ハンド半径方向駆動源5の動作により、複数段のリニアガイド6、7をR軸方向に伸縮させ、伸ばした状態でハンド1が被加工物を受け渡し、縮めてベース2上に重ね合わせ横方向張り出しをなくした状態でθ軸に旋回してハンド1の向きを変える。
【選択図】 図2
【解決手段】ハンド半径方向駆動源5の動作により、複数段のリニアガイド6、7をR軸方向に伸縮させ、伸ばした状態でハンド1が被加工物を受け渡し、縮めてベース2上に重ね合わせ横方向張り出しをなくした状態でθ軸に旋回してハンド1の向きを変える。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造装置、フラットパネルディスプレイ、水晶、ストレージ等の基板の処理、検査等の製造に用いられる処理装置に被加工物を搬入搬出するのに好適な搬送ロボットに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体やフラットパネルディスプレイ等の製造工程では、シリコンウエハ等の被加工物にエッチング、CVD、アッシング、RTP、ドライクリーニング、計測、分析、観察等種々のプロセスが施されていく。これらのプロセスは、クリーンな高度の真空中で行う必要があり、この真空環境を得るために、真空処理装置への被加工物の搬入、搬出には、大掛かりな装置が使用される。
【0003】
従来のこの種の装置として、被加工物を大気圧下の外部との間で受け渡しするロードロック室と、このロードロック室を真空に引いた後に被加工物にプロセスを施す真空処理室との間で受け渡しするトランスファー室とを備えた真空処理装置が知られている。図13にこの真空処理装置の例を示す。
【0004】
図13における真空処理装置は、ロードロック室901、トランスファー室902および真空処理室903からなり、ロードロック室901とトランスファー室902の間に真空処理室ゲートバルブ904が、トランスファー室902とロードロック室901との間にトランスファー室ゲートバルブ905が、更に、ロードロック室901と外部の大気搬送室907との間にロードロック室ゲートバルブ908が設けられている。909は、複数枚の被加工物を積層した被加工物カセットである。
【0005】
上記大気搬送室907には大気ロボット910が、また、トランスファー室902には真空搬送装置906がそれぞれ設置されている。
【0006】
真空処理室903と試料カセット909との試料の受け渡しの手順は、以下の(1)、(2)のようになる。
【0007】
(1)試料カセット/ロードロック室間試料受け渡し
トランスファー室ゲートバルブ905が閉じた状態でロードロック室901内の気圧を大気圧にしてロードロック室ゲートバルブ908を開き、大気ロボット910により試料カセット909とロードロック室901との間で試料を受け渡し、ロードロック室ゲートバルブ908を閉じる。
【0008】
すなわち、次の順序で試料カセットとロードロック室の試料受け渡しを行う。
【0009】
(a)最初に、ロードロック室901に向いた大気ロボット910がアームを伸ばしてロードロック室901内のバッファスタンド901aの下側試料載置棚にある加工済み試料をアーム先端のハンドに載せて取り出す。
【0010】
(b)アームを曲げ縮め、180°旋回して試料カセット909に向く。
【0011】
(c)アームを伸ばしてハンドを試料カセット909のひとつの空き棚上に挿入してやや下げ、加工済み試料を上記空き棚に収める。
【0012】
(d)アームを縮めてから上昇し、再びアームを伸ばして試料カセット909の未加工試料のやや下方にハンドを挿入して、やや上げ、未加工試料をハンドに載せて取り出す。
【0013】
(e)アームを曲げ縮め、180°旋回してロードロック室901に向く。
【0014】
(f)アームを伸ばしてハンドをロードロック室901内のバッファスタンド901aの上側試料載置棚の上方まで入れ、やや下げてハンド上の未加工試料を上側試料載置棚に置く(W2)。
【0015】
(g)アームを縮めて大気搬送室907内に戻し、ロードロック室ゲートバルブ908を閉じる。
【0016】
(2)ロードロック室/真空処理室間試料受け渡し
次いで、次の順序で、ロードロック室と真空処理室の試料受け渡しを行う。
【0017】
(h)ロードロック室901を真空に引く。一方、CVD等のプロセス処理を終えた真空処理室903は真空に引かれた状態である。こうして、ロードロック室901、トランスファー室902、真空処理室903が真空状態になる。
【0018】
(j)真空処理室ゲートバルブ904とトランスファー室ゲートバルブ905を開く。
【0019】
(k)真空搬送装置906によりロードロック室901と真空処理室903との間で試料の受け渡しを行う。すなわち、先ず、プロセス処理を施された真空処理室903の試料W3をロードロック室901に戻し、ロードロック室901の未加工試料W2を真空処理室903に搬入する。受け渡しの際、真空搬送装置906は、そのアームを屈伸してチャックを半径方向に移動し、ステムを旋回および上下動する。ステムの上下動は、ロードロック室901のバッファスタンド901aの上下2段の試料載置棚のいずれかに対応させてチャックを移動するためである。なお、この受け渡しの際、真空処理室903のサセプタの昇降ピンは上下に移動して試料を真空搬送装置906のチャックとの受け渡しを行う。
【0020】
(m)その後、真空処理室ゲートバルブ904を閉じて真空処理室903内の未加工試料に対してプロセス処理を開始する。トランスファー室ゲートバルブ905は閉じる。
【0021】
ところで、近年、生産性向上を狙って、シリコンウエハ等の被加工物の径は大きくなってきている。被加工物の径が大きければ、大気ロボットの搬送ストロークは必然的に大きくなければならず、被加工物の径+ゲートバルブ奥行きを超える搬送ストロークが必要となる。例えば、直径30cmの被加工物のロードロック室への搬送には、60cm近い搬送ストロークが好ましいものになる。
【0022】
従来のいわゆるフログレッグ型(例:図13の真空搬送装置906、特許文献1)やスリーリンク型(例:図13の大気ロボット910、特許文献2)のアーム構造を採用して搬送ストロークを大きくすると、占有面積が大きくなり、占有面積増加を避けてリンクを増やす等すると、装置の剛性維持、多数のリンクの複雑な運動制御、回転時の慣性モーメントの増大による運動特性の悪化、コスト高等、多くの困難が発生する。
【0023】
【特許文献1】
特開平7−314376号公報(段落番号0002、図3)
【0024】
【特許文献2】
特開平11−309684号公報(段落番号0007、図1)
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、旋回時に横方向への張り出しがなく、旋回のためのはみ出しスペースを要せず、省スペースが要求される被加工物カセット/ロードロック室間被加工物受け渡し用大気ロボット等に好適な搬送ロボットを提供するものである。
【0026】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の搬送ロボットは、R軸、θ軸、Z軸の駆動を行う搬送ロボットにおいて、R軸駆動手段が複数段のリニアガイドを有し、最上段のリニアガイドのスライダにハンドが設けられていることを特徴とする。
【0027】
上記搬送ロボットにおいて、複数段のリニアガイドが互いに同期して動作するようにし、更に、この複数段のリニアガイドのスライダが、タイミングベルト、摩擦ベルトまたは摩擦ワイヤに固定されて、タイミングベルト、摩擦ベルトまたは摩擦ワイヤにより駆動されるようにし、更に、タイミングベルト、摩擦ベルトまたは摩擦ワイヤを駆動する駆動プーリへの動力伝達が、ラック・ピニオン、第2のタイミングベルト・タイミングプーリあるいはマグネットカップリングを介して行われるようにし、このマグネットカップリングによる動力伝達が、90°方向変換する動力伝達であるようにしてもよい。
【0028】
また、上記構成において、θ、Z軸の上に、ふたつのR軸を平行に装備し、それぞれのR軸に設けたハンドが上下に配設されているようにする。
【0029】
この発明において、「摩擦ベルト」、「摩擦ワイヤ」とは、プーリとの間の摩擦力で滑りなく動力を伝達するベルト、ワイヤを意味する。「マグネットカップリング」とは、原動側と従動側とが非接触で磁気結合により、原動側直線運動から従動側直線運動、原動側直線運動から従動側回転運動、原動側回転運動から従動側回転運動(原動軸と従動軸が同軸、平行軸、交差軸、非交差軸)等で動力伝達するものを意味する。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
【0031】
図1は、この発明に係る搬送ロボットの動作を模式的に示す説明図である。
【0032】
図1の(a)〜(f)は、搬送ロボットの動作を順に示すもので、(a)は、後退位置にあるハンド1を紙面左方へ向けている状態、(b)は、ハンド1が紙面左方中間位置にある状態、(c)は、ハンド1が紙面左方最前進位置にある状態、(d)は、後退位置にあるハンド1を紙面右方へ向けている状態、(e)は、ハンド1が紙面右方中間位置にある状態、(f)は、ハンド1が紙面右方最前進位置にある状態、をそれぞれ示している。図1の(g)は、(a)の平面図である。
【0033】
搬送ロボットが、紙面左方から右方へ被加工物を搬送する動作は、半径方向動作(R軸動作)で、(a)→(b)→(c)とハンド1を被加工物の直下まで移動し、(c)でハンド1が被加工物を相手から受け取る。(c)に至るまでにZ軸動作でハンド1の受け取り高さを調節しておく。また、(c)で被加工物を受け取る際、Z軸を若干上昇させて被加工物を持ち上げるようにすることもある。次に、(c)→(b)→(a)とハンド1を戻し、θ軸動作で、ハンド1を水平面内で(d)の位置まで180°旋回する。旋回の際、ハンド1は戻り切っていて、旋回に要するスペースは(g)のように、大変小さくて済む。次いで、再びR軸動作で、(d)→(e)→(f)とハンド1を被加工物引き渡し位置の直下まで移動し、被加工物を引き渡す。(f)に至るまでにZ軸動作でハンド1の引き渡し高さを調節しておく。また、(f)で被加工物を引き渡す際、Z軸を若干下降させて被加工物を相手に引き渡すこともある。
【0034】
この発明の搬送ロボットは、上記のように、ハンドをR軸動作で後退位置まで戻した状態でθ軸動作で旋回し、旋回に要するスペースが小さくて済み、また、ハンドがR軸方向に移動する過程でも横方向にはみ出すことがないようになっている。それ故、搬送室内で使用する場合は、搬送室の幅が狭く、容積が小さくて済むので、経済的であり、搬送室内使用でない場合も、旋回によるアーム等の振り回しがないから、回転負荷、慣性モーメントが小さく、小さな駆動力で済み、安全であり、周囲のスペースを有効に使用できる。
【0035】
以下、この発明の搬送ロボットの一実施の形態を、図2〜図7を参照して説明する。図2は、この発明に係る搬送ロボットの一実施形態の概略を示す正面図、図3は、図2の上段のリニアガイドより上を取り除き、下段のリニアガイドを示す、III−III矢視平面図、図4は、図2のベルト駆動伝動系の細部を示す説明図、図5は、図3のV−V断面図、図6は、図5のVI矢視側面図,図7は、図2のハンドを取り除き、上段のリニアガイドを示す、VII−VII矢視平面図である。
【0036】
図2において、1はハンド、2はベース、3はリニアガイド部(R軸駆動手段)である。ベース2の内部には、昇降旋回手段が収容されている。この昇降旋回手段は市販のロボット同様のもので、昇降手段には、モータまたは流体駆動によるネジ方式、リンク方式、偏心カム方式が、旋回手段には、モータまたは流体駆動で直接またはギヤ、ベルトを介して旋回させる方式等種々の周知の昇降手段と旋回手段が使用される。昇降手段は、ハンド1の高さ(Z軸)を変えて被加工物受け渡し高さを相手に合わせるためのものである。旋回手段は、180°(あるいは360°)旋回(θ軸)してハンド1の向きを被加工物受け渡し相手に合わせるためのものである。ベース2内の昇降手段と旋回手段とは、昇降手段の上側または内側に旋回手段を設けることも、その逆にすることもできる。
【0037】
リニアガイド部3は、ベース2の上方に、昇降旋回手段の出力軸4に設置されている。この出力軸4は、昇降旋回手段のZ軸操作で上下に、θ軸操作で水平面内に旋回するので、リニアガイド部3も出力軸4とともにZ軸、θ軸に昇降旋回手段により駆動される。リニアガイド部3には、直線レールとこのレールに沿って摺動するスライダとからなるリニアガイドが複数段設けられ、最上段のリニアガイドのスライダにハンド1が取り付けられている。この複数段のリニアガイドはZ軸と直交するR軸方向(Z軸の半径方向)に直列に設置され、後に説明するように、ハンド半径方向駆動源5により駆動されてハンド1をR軸方向に移動する。
【0038】
上記R、Z、θ軸の駆動制御は、周知のサーボ制御回路等の適宜の駆動制御回路(図示省略)により行われるようになっている。
【0039】
次に、この発明の特徴であるリニアガイド部3について詳細に説明する。
【0040】
上記昇降旋回手段の出力軸4の上端に設置したリニアガイド部基部4aに、基部リニアガイド6の基部直線レール6aが水平に固定され、基部スライダ6bがこの直線レール6aに沿って摺動可能となっている。上記基部スライダ6bには、基部直線レール6aと平行に最上段リニアガイド7の最上段直線レール7aが固定され、最上段スライダ7bがこの最上段直線レール7aに沿って摺動可能となっている。
【0041】
そして、上記の両スライダ6b、7bの直線レール上の摺動により、 ハンド1の後退位置では、図1(a)、(d)、(g)のように、ほぼベース2真上に位置し、ハンド1の最前進位置では、図1(c)、(f)のように、ベース2から大きく張り出すようになっている。
【0042】
図2では、リニアガイドが2段の例を示したが、ハンド1の所要ストロークがリニアガイドの長さに比して更に大きい場合には、基部リニアガイドと最上段リニアガイドの間に、適宜数のリニアガイドを基部リニアガイドと平行に配置して挿入し、ひとつのリニアガイドのスライダに次のリニアガイドの直線レールが結合されるようにして段数を増やすようにしてもよい。
【0043】
なお、リニアガイドは、その直線レールとスライダの間のがたつきがなく、スムーズに直線運動ができて、摩耗粉等の発塵や発ガスが少なく耐久性がよいので、半導体製造装置のような清浄雰囲気が要求されるところでの使用に好適である。
【0044】
次に、リニアガイドの駆動系を説明する。基部リニアガイド6の下部にはモータ(ハンド半径方向駆動源)5が取り付けられている。この実施の形態では、このモータ5で、基部リニアガイド6と最上段リニアガイド7とを駆動して、同期して互いに等距離R軸方向に移動するように動作させる。ハンド1は、ふたつのリニアガイドの移動量の和、すなわち、この実施の形態では、ひとつのリニアガイドの移動量の倍だけ移動し、リニアガイドの長さよりも長いストロークを得られる。
【0045】
上記モータ5の出力軸には、原動マグネットカップリング8aが取り付けられている。図3に示すように、この原動マグネットカップリング8aに対向し少しのギャップを保って、第1の従動マグネットカップリング8bと第2の従動マグネットカップリング8cとが配置されている。これらのマグネットカップリング8a、8b、8cは、図4(a)に示すように、互いにその軸を直交させてあり、原動マグネットカップリング8aの回転動力が90°方向転換されて、従動マグネットカップリング8bおよび8cの回転動力に伝達される。つまり、ここで使用しているマグネットカップリングは、互いに直交するネジ歯車と同じような動力伝達を行うタイプのマグネットカップリングである。
【0046】
[基部リニアガイドの駆動機構]
上記第1の従動マグネットカップリング8bは、基部リニアガイド伝動軸9の一端側に取り付けられ、この基部リニアガイド伝動軸9は、上記リニアガイド部基部4aに設けられた第1の軸受台10に回転自在に保持されている。基部リニアガイド伝動軸9の他端側には、基部リニアガイド駆動プーリ11が固定されている。
【0047】
上記リニアガイド部基部4aには、第1の軸受台10と平行に、第2の軸受台12が設置され、この第2の軸受台12に、基部リニアガイドガイドプーリ13が取り付けられた基部リニアガイドガイド軸14が回転自在に保持されている。
【0048】
上記基部リニアガイド駆動プーリ11と基部リニアガイドガイドプーリ13との間には、基部リニアガイド駆動ベルト15が水平に張設されていている。図4(b)に上記ベルト15が駆動プーリ11に巻き掛けられた状態を示す。この基部リニアガイド駆動ベルト15の水平上部には、基部スライダ6bの側方に突出した固定具16が固定されている。
【0049】
基部リニアガイド6の駆動機構が上記のように構成されているので、モータ5の回転動力が、原動マグネットカップリング8a、従動マグネットカップリング8b、基部リニアガイド伝動軸9、基部リニアガイド駆動プーリ11の回転運動、基部リニアガイド駆動ベルト15のベルト運動、固定具16の直線運動へと変換されて、基部スライダ6bを基部直線レール6a上を摺動させる。
【0050】
[最上段リニアガイドの駆動機構]
上記第2の従動マグネットカップリング8cは、スプライン軸17の一端側に取り付けられ、このスプライン軸17は、上記リニアガイド部基部4aに設けられた第3の軸受台18および第4の軸受台19に回転自在に保持されている。スプライン軸17のスプライン溝17aには、スプライン軌道部20が軸方向摺動自在に嵌合されている。
【0051】
上記スプライン軌道部20は、上記基部スライダ6bに取り付けられたふたつのカムフォロワ21、22に両端を挟み込まれていて、基部スライダ6bとともにR軸方向に移動するようになっている。上記カムフォロワ21、22はクラウニングタイプで、一方のカムフォロワ21は偏心軸21aに回転自在に支持されている。したがって、両カムフォロワ21、22間隔を微調整して両カムフォロワ21、22で隙間なくスプライン軌道部20を挟み込むことができ、スプライン軌道部20は、基部スライダ6bにバックラッシュなしで追従してR軸方向に往復移動する。
【0052】
上記スプライン軌道部20には、中間原動マグネットカップリング23が一体に固定され、この中間マグネットカップリング23は、スプライン軸17と同芯に配置されている。中間マグネットカップリング23は、第2の従動マグネットカップリング8c、スプライン軸17、スプライン軌道部20と一体となって回転しながら、基部スライダ6bと一緒にR軸方向に移動するわけである。
【0053】
上記中間原動マグネットカップリング23には、図5および図6に示すように、中間従動マグネットカップリング24が対向配設されている。この中間従動マグネットカップリング24は、図7に示すように、最上段リニアガイド伝動軸25の一端側に取り付けられ、この最上段リニアガイド伝動軸25は、基部スライダ6b上に設けられた第5の軸受台26に回転自在に支持されている。上記最上段リニアガイド伝動軸25の他端側には、最上段リニアガイド駆動プーリ27が固定されている。
【0054】
上記基部スライダ6bには、第5の軸受台26と平行に、第6の軸受台28が設置されている。この第6の軸受台28に、最上段リニアガイドガイド軸30が回転自在に保持されている。そして、この最上段リニアガイドガイド軸30には、最上段リニアガイドガイドプーリ29が取り付けられている。
【0055】
上記最上段リニアガイド駆動プーリ27と最上段リニアガイドガイドプーリ29との間には、最上段リニアガイド駆動ベルト31が水平に張設されていて、この最上段リニアガイド駆動ベルト31の水平上部には、最上段スライダ7bの側方に突出した固定具32が固定されている。
【0056】
最上段リニアガイド7の駆動機構が上記のように構成されているので、モータ5の回転動力が、原動マグネットカップリング8a、従動マグネットカップリング8c、スプライン軸17、中間原動マグネットカップリング23、中間従動マグネットカップリング24、最上段リニアガイド伝動軸25、最上段リニアガイド駆動プーリ27の回転運動、最上段リニアガイド駆動ベルト31のベルト運動、固定具32の直線運動へと変換されて、最上段スライダ7bを最上段直線レール7a上を摺動させる。
【0057】
上記基部及び最上段リニアガイドの駆動機構において、基部リニアガイド駆動ベルト15の移動速度と最上段リニアガイド駆動ベルト31の移動速度とは、この実施の形態では、等しくなるように従動マグネットカップリング8b、8c、中間原動マグネットカップリング23、中間従動マグネットカップリング24の有効径(歯車の場合のピッチ径に相当)やプーリ11、27の径を設定しておく。具体的には、例えば、従動マグネットカップリング8bと8cの有効径を等しくして、基部リニアガイド伝動軸9とスプライン軸17の回転数を等しくし、更に、中間マグネットカップリング23と24の有効径を等しくして、基部リニアガイド伝動軸9と最上段リニアガイド伝動軸25の回転数を等しくし、プーリ11と27の径を等しく設定する。
【0058】
このように、各リニアガイドを互いに同期して、しかも、等速度で動作するようにすれば、各部の運動が平均化されて、局所的過負荷、摩耗等も起こらず、無理なくスムーズにハンド1をR軸方向に移動することができる。この構成は、リニアガイドを3段以上とした場合も同様である。
【0059】
各リニアガイドを等速、同期して動作させた場合、ハンド1のリニアガイド部基部4aに対する移動量、移動速度は、各リニアガイドのスライダの直線レールに対する移動量、移動速度のリニアガイド段数倍となる。
【0060】
各リニアガイドの同期動作には、上記実施の形態のように、ひとつのハンド半径方向駆動源5で全てのリニアガイドの動作を行うのが、制御も簡単で信頼性が高いので好ましいが、駆動源を別々にして電気的に同期を取る等、他のやり方でもリニアガイド同期動作を行うことができる。
【0061】
上記のマグネットカップリングは、(株)エフ・イー・シー製のMagTran(商品名)の90°方向転換型を使用した。マグネットカップリングは、原動側と従動側とが接触することなく、摩耗、発塵等が少なく、清浄な雰囲気で使用するのに適している。
【0062】
上記ベルト15および31には、いずれもタイミングベルトか摩擦ベルトを用いることが好ましい。あるいは、ベルトに代えて、摩擦ワイヤも用いることができる。タイミングベルト、摩擦ベルト、摩擦ワイヤは、芯に金属線や金属フィルムがインサートされていたり、全体が金属製で伸びが少なく、プーリとの間にスリップを生じないものが、摩耗、発塵、発ガスが少なく、長寿命で信頼性が高くなる。
【0063】
図8は、この発明の他の実施の形態を示す横断面図である。この実施の形態では、昇降旋回手段の出力軸の上に、ふたつのリニアガイド部とハンドを設けたもので、ロボットのθ、Z軸の上に、ふたつのR軸を平行に装備し、それぞれのR軸に設けたハンドを上下に配設した構成にしたものである。
【0064】
図8において、ふたつのリニアガイド部3−1、3−2は、リニアガイド部基部4a上に左右にほぼ対称に配置され、それぞれのハンド1−1、1−2は上下に配置されている。その他の構成は、図1〜図7で説明した第1の実施の形態と同様であるので、対応する部分に同一の符号と−1、−2の添字を付して詳細な説明は省略する。
【0065】
ふたつのリニアガイド部3−1、3−2にそれぞれハンド1−1、1−2を設けて、ハンド1−1、1−2を上下に配設すると、例えば、被加工物を積層する棚が設けてある被加工物カセットと被加工物を受け渡しする場合、ふたつのリニアガイド部3−1、3−2をそれぞれ独立に動作させて、効率よく被加工物の引き渡しと受け入れを行うことができる。
【0066】
図9〜図12は、この発明の更に他の実施の形態を示す。この実施の形態では、回転動力を非接触で方向変換して搬送方向の運動に変換する上述の方向変換非接触動力伝達手段、この非接触動力伝達手段の出力側に接続された駆動プーリ、駆動テープとスプラインに代えて、駆動源直結駆動プーリ、駆動テープとラック・ピニオンを用いている。
【0067】
図9〜図12において、図1、図3、図5と同一の部分については、同一の符合を付してその詳細な説明を省略する。61は、モータ5の出力軸に直結された基部リニアガイド駆動プーリである。62は、基部直線レール6aに沿って、バッファ室底部2bに設けられた基部リニアガイドガイドプーリである。ここで、モータ5と基部直線レール6aはともにバッファ室底部2bに固定されているので、上記基部リニアガイドプーリ駆動プーリ61と基部リニアガイドガイドプーリ62は、実質的に、基部直線レール6aに設けられていることになる。
【0068】
上記基部リニアガイドプーリ駆動プーリ61と基部リニアガイドガイドプーリ62との間には、基部リニアガイド駆動テープ63が巻き掛けられている。この基部リニアガイド駆動テープ63は、固定具64を介して、基部スライダ6bに固定されている。
【0069】
65は、バッファ室底部2bに固定されたラックである。このラック65には、基部スライダ6bの軸受部66に回転自在に設けられたピニオン67が噛み合っている。
【0070】
68は、上記ピニオン67と同軸、一体に軸受部66に回転自在に設けられた最上段リニアガイド駆動プーリである。基部スライダ6bには最上段直線レール7aが固定されているので、最上段リニアガイド駆動プーリ68は、実質的に、最上段直線レール7aに設けられていることになる。
【0071】
69は、最上段直線レール7aに設けられた最上段リニアガイドガイドプーリである。上記最上段リニアガイド駆動プーリ68と最上段リニアガイドガイドプーリ69との間には、最上段リニアガイド駆動テープ70が巻き掛けられている。この最上段リニアガイド駆動テープ70は、最上段スライダ7bに固定されている。
【0072】
図9〜図12の実施の形態においても、駆動テープとして金属テープやタイミングベルトを使用することができることは、図1〜図8の実施の形態と同様である。また、ラック・ピニオンとしては、通常のラック・ピニオンの他、タイミングベルトの背をラックのベースに貼り付け、タイミングベルトの歯にタイミングプーリを噛み合わせるようにしてもよい。
【0073】
この実施の形態では、モータ5、基部リニアガイドプーリ駆動プーリ61の回転動力が基部リニアガイド駆動テープ63のベルト運動に変換され、このベルト運動により基部スライダ6bを搬送方向に移動する。この移動により、基部スライダ6bすなわち最上段直線レール7a上のピニオン67がラック65に沿って回転する。最上段直線レール7a上では、ピニオン67とともに最上段リニアガイド駆動プーリ68が回転して、この回転動力が最上段リニアガイド駆動テープ70のベルト運動に変換され、このベルト運動により最上段スライダ7bを搬送方向に移動する。つまり、基部スライダ6bが動くと、それに同期して、最上段リニアガイド駆動プーリ68が回転し、最上段スライダ7bが動く。
【0074】
この実施の形態においても、他の構成、動作、作用は図1〜図8の実施の形態と同様であり、図8のように、ふたつの真空搬送装置を平行に装備し、それぞれに設けたハンドを上下に配設するようにして、同様の作用効果を得ることができる。
【0075】
【発明の効果】
この発明によれば、上述したように、R軸駆動手段が複数段のリニアガイドを有し、最上段のリニアガイドのスライダにハンドを設け、更に、複数段のリニアガイドが互いに同期して動作するようにし、また、複数段のリニアガイドのスライダが、タイミングベルト、摩擦ベルトまたは摩擦ワイヤに固定されて、タイミングベルト、摩擦ベルトまたは摩擦ワイヤにより駆動されるようにし、更に、このタイミングベルト、摩擦ベルトまたは摩擦ワイヤを駆動する駆動プーリへの動力伝達が、マグネットカップリングを介して行われるようにし、また、マグネットカップリングによる動力伝達が、90°方向変換する動力伝達であるようにし、また、θ、Z軸の上に、ふたつのR軸を平行に装備し、それぞれのR軸に設けたハンドが上下に配設されているようにしたから、以下の効果を奏する。
【0076】
(1) ロボット動作、特に、旋回動作に要する占有面積が小さくなる。
(2) ハンド半径方向駆動源をひとつにでき、安価に製作できる。
(3) シンプルな構造なので、保守性がよく、複雑な動作をさせるソフトウェアが不要である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の搬送ロボットの動作を説明する説明図で、(a)〜(f)は動作状態を順に示し、(g)は、(a)の平面図。
【図2】この発明の一実施の形態を示す正面図。
【図3】図2のIII−III矢視図。
【図4】(a)および(b)は、図2のリニアガイド駆動動力伝達系の細部を示す説明図。
【図5】図3のV−V矢視図で、上段リニアガイド、ハンドを補って示す。
【図6】図5のVI矢視図。
【図7】図2のVII−VII矢視図。
【図8】この発明の他の実施の形態を示す横断面図。
【図9】この発明の他の実施の形態を示す側面図。
【図10】図9のX矢視図。
【図11】図9のXI矢視図。
【図12】図9のXII−XII図。
【図13】従来の搬送装置の使用例を説明する説明図。
【符号の説明】
1 ハンド
2 ベース
3 リニアガイド部
4 出力軸
4a リニアガイド部基部
5 モータ(ハンド半径方向駆動源)
6 基部リニアガイド
6a 基部直線レール
6b 基部スライダ
7 最上段リニアガイド
7a 最上段直線レール
7b 最上段スライダ
8a 原動マグネットカップリング
8b 第1の従動マグネットカップリング
8c 第2の従動マグネットカップリング
9 基部リニアガイド伝動軸
10 第1の軸受台
11 基部リニアガイド駆動プーリ
12 第2の軸受台
13 基部リニアガイドガイドプーリ
14 基部リニアガイドガイド軸
15 基部リニアガイド駆動ベルト
16 固定具
17 スプライン軸
17a スプライン溝
18 第3の軸受台
19 第4の軸受台
20 スプライン軌道部
21、22 カムフォロワ
21a 偏心軸
23 中間原動マグネットカップリング
24 中間従動マグネットカップリング
25 最上段リニアガイド伝動軸
26 第5の軸受台
27 最上段リニアガイド駆動プーリ
28 第6の軸受台
29 最上段リニアガイドガイドプーリ
30 最上段リニアガイドガイド軸
31 最上段リニアガイド駆動ベルト
32 固定具
61 基部リニアガイド駆動プーリ
62 基部リニアガイドガイドプーリ
63 基部リニアガイド駆動テープ
65 ラック
66 軸受部
67 ピニオン
68 最上段リニアガイド駆動プーリ
69 最上段リニアガイドガイドプーリ
70 最上段リニアガイド駆動テープ
901 ロードロック室
901a バッファスタンド
902 トランスファー室
903 真空処理室
904 真空処理室ゲートバルブ
905 トランスファー室ゲートバルブ
906 真空搬送装置
907 大気搬送室
908 ロードロック室ゲートバルブ
909 被加工物カセット
910 大気ロボット
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造装置、フラットパネルディスプレイ、水晶、ストレージ等の基板の処理、検査等の製造に用いられる処理装置に被加工物を搬入搬出するのに好適な搬送ロボットに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体やフラットパネルディスプレイ等の製造工程では、シリコンウエハ等の被加工物にエッチング、CVD、アッシング、RTP、ドライクリーニング、計測、分析、観察等種々のプロセスが施されていく。これらのプロセスは、クリーンな高度の真空中で行う必要があり、この真空環境を得るために、真空処理装置への被加工物の搬入、搬出には、大掛かりな装置が使用される。
【0003】
従来のこの種の装置として、被加工物を大気圧下の外部との間で受け渡しするロードロック室と、このロードロック室を真空に引いた後に被加工物にプロセスを施す真空処理室との間で受け渡しするトランスファー室とを備えた真空処理装置が知られている。図13にこの真空処理装置の例を示す。
【0004】
図13における真空処理装置は、ロードロック室901、トランスファー室902および真空処理室903からなり、ロードロック室901とトランスファー室902の間に真空処理室ゲートバルブ904が、トランスファー室902とロードロック室901との間にトランスファー室ゲートバルブ905が、更に、ロードロック室901と外部の大気搬送室907との間にロードロック室ゲートバルブ908が設けられている。909は、複数枚の被加工物を積層した被加工物カセットである。
【0005】
上記大気搬送室907には大気ロボット910が、また、トランスファー室902には真空搬送装置906がそれぞれ設置されている。
【0006】
真空処理室903と試料カセット909との試料の受け渡しの手順は、以下の(1)、(2)のようになる。
【0007】
(1)試料カセット/ロードロック室間試料受け渡し
トランスファー室ゲートバルブ905が閉じた状態でロードロック室901内の気圧を大気圧にしてロードロック室ゲートバルブ908を開き、大気ロボット910により試料カセット909とロードロック室901との間で試料を受け渡し、ロードロック室ゲートバルブ908を閉じる。
【0008】
すなわち、次の順序で試料カセットとロードロック室の試料受け渡しを行う。
【0009】
(a)最初に、ロードロック室901に向いた大気ロボット910がアームを伸ばしてロードロック室901内のバッファスタンド901aの下側試料載置棚にある加工済み試料をアーム先端のハンドに載せて取り出す。
【0010】
(b)アームを曲げ縮め、180°旋回して試料カセット909に向く。
【0011】
(c)アームを伸ばしてハンドを試料カセット909のひとつの空き棚上に挿入してやや下げ、加工済み試料を上記空き棚に収める。
【0012】
(d)アームを縮めてから上昇し、再びアームを伸ばして試料カセット909の未加工試料のやや下方にハンドを挿入して、やや上げ、未加工試料をハンドに載せて取り出す。
【0013】
(e)アームを曲げ縮め、180°旋回してロードロック室901に向く。
【0014】
(f)アームを伸ばしてハンドをロードロック室901内のバッファスタンド901aの上側試料載置棚の上方まで入れ、やや下げてハンド上の未加工試料を上側試料載置棚に置く(W2)。
【0015】
(g)アームを縮めて大気搬送室907内に戻し、ロードロック室ゲートバルブ908を閉じる。
【0016】
(2)ロードロック室/真空処理室間試料受け渡し
次いで、次の順序で、ロードロック室と真空処理室の試料受け渡しを行う。
【0017】
(h)ロードロック室901を真空に引く。一方、CVD等のプロセス処理を終えた真空処理室903は真空に引かれた状態である。こうして、ロードロック室901、トランスファー室902、真空処理室903が真空状態になる。
【0018】
(j)真空処理室ゲートバルブ904とトランスファー室ゲートバルブ905を開く。
【0019】
(k)真空搬送装置906によりロードロック室901と真空処理室903との間で試料の受け渡しを行う。すなわち、先ず、プロセス処理を施された真空処理室903の試料W3をロードロック室901に戻し、ロードロック室901の未加工試料W2を真空処理室903に搬入する。受け渡しの際、真空搬送装置906は、そのアームを屈伸してチャックを半径方向に移動し、ステムを旋回および上下動する。ステムの上下動は、ロードロック室901のバッファスタンド901aの上下2段の試料載置棚のいずれかに対応させてチャックを移動するためである。なお、この受け渡しの際、真空処理室903のサセプタの昇降ピンは上下に移動して試料を真空搬送装置906のチャックとの受け渡しを行う。
【0020】
(m)その後、真空処理室ゲートバルブ904を閉じて真空処理室903内の未加工試料に対してプロセス処理を開始する。トランスファー室ゲートバルブ905は閉じる。
【0021】
ところで、近年、生産性向上を狙って、シリコンウエハ等の被加工物の径は大きくなってきている。被加工物の径が大きければ、大気ロボットの搬送ストロークは必然的に大きくなければならず、被加工物の径+ゲートバルブ奥行きを超える搬送ストロークが必要となる。例えば、直径30cmの被加工物のロードロック室への搬送には、60cm近い搬送ストロークが好ましいものになる。
【0022】
従来のいわゆるフログレッグ型(例:図13の真空搬送装置906、特許文献1)やスリーリンク型(例:図13の大気ロボット910、特許文献2)のアーム構造を採用して搬送ストロークを大きくすると、占有面積が大きくなり、占有面積増加を避けてリンクを増やす等すると、装置の剛性維持、多数のリンクの複雑な運動制御、回転時の慣性モーメントの増大による運動特性の悪化、コスト高等、多くの困難が発生する。
【0023】
【特許文献1】
特開平7−314376号公報(段落番号0002、図3)
【0024】
【特許文献2】
特開平11−309684号公報(段落番号0007、図1)
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、旋回時に横方向への張り出しがなく、旋回のためのはみ出しスペースを要せず、省スペースが要求される被加工物カセット/ロードロック室間被加工物受け渡し用大気ロボット等に好適な搬送ロボットを提供するものである。
【0026】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の搬送ロボットは、R軸、θ軸、Z軸の駆動を行う搬送ロボットにおいて、R軸駆動手段が複数段のリニアガイドを有し、最上段のリニアガイドのスライダにハンドが設けられていることを特徴とする。
【0027】
上記搬送ロボットにおいて、複数段のリニアガイドが互いに同期して動作するようにし、更に、この複数段のリニアガイドのスライダが、タイミングベルト、摩擦ベルトまたは摩擦ワイヤに固定されて、タイミングベルト、摩擦ベルトまたは摩擦ワイヤにより駆動されるようにし、更に、タイミングベルト、摩擦ベルトまたは摩擦ワイヤを駆動する駆動プーリへの動力伝達が、ラック・ピニオン、第2のタイミングベルト・タイミングプーリあるいはマグネットカップリングを介して行われるようにし、このマグネットカップリングによる動力伝達が、90°方向変換する動力伝達であるようにしてもよい。
【0028】
また、上記構成において、θ、Z軸の上に、ふたつのR軸を平行に装備し、それぞれのR軸に設けたハンドが上下に配設されているようにする。
【0029】
この発明において、「摩擦ベルト」、「摩擦ワイヤ」とは、プーリとの間の摩擦力で滑りなく動力を伝達するベルト、ワイヤを意味する。「マグネットカップリング」とは、原動側と従動側とが非接触で磁気結合により、原動側直線運動から従動側直線運動、原動側直線運動から従動側回転運動、原動側回転運動から従動側回転運動(原動軸と従動軸が同軸、平行軸、交差軸、非交差軸)等で動力伝達するものを意味する。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
【0031】
図1は、この発明に係る搬送ロボットの動作を模式的に示す説明図である。
【0032】
図1の(a)〜(f)は、搬送ロボットの動作を順に示すもので、(a)は、後退位置にあるハンド1を紙面左方へ向けている状態、(b)は、ハンド1が紙面左方中間位置にある状態、(c)は、ハンド1が紙面左方最前進位置にある状態、(d)は、後退位置にあるハンド1を紙面右方へ向けている状態、(e)は、ハンド1が紙面右方中間位置にある状態、(f)は、ハンド1が紙面右方最前進位置にある状態、をそれぞれ示している。図1の(g)は、(a)の平面図である。
【0033】
搬送ロボットが、紙面左方から右方へ被加工物を搬送する動作は、半径方向動作(R軸動作)で、(a)→(b)→(c)とハンド1を被加工物の直下まで移動し、(c)でハンド1が被加工物を相手から受け取る。(c)に至るまでにZ軸動作でハンド1の受け取り高さを調節しておく。また、(c)で被加工物を受け取る際、Z軸を若干上昇させて被加工物を持ち上げるようにすることもある。次に、(c)→(b)→(a)とハンド1を戻し、θ軸動作で、ハンド1を水平面内で(d)の位置まで180°旋回する。旋回の際、ハンド1は戻り切っていて、旋回に要するスペースは(g)のように、大変小さくて済む。次いで、再びR軸動作で、(d)→(e)→(f)とハンド1を被加工物引き渡し位置の直下まで移動し、被加工物を引き渡す。(f)に至るまでにZ軸動作でハンド1の引き渡し高さを調節しておく。また、(f)で被加工物を引き渡す際、Z軸を若干下降させて被加工物を相手に引き渡すこともある。
【0034】
この発明の搬送ロボットは、上記のように、ハンドをR軸動作で後退位置まで戻した状態でθ軸動作で旋回し、旋回に要するスペースが小さくて済み、また、ハンドがR軸方向に移動する過程でも横方向にはみ出すことがないようになっている。それ故、搬送室内で使用する場合は、搬送室の幅が狭く、容積が小さくて済むので、経済的であり、搬送室内使用でない場合も、旋回によるアーム等の振り回しがないから、回転負荷、慣性モーメントが小さく、小さな駆動力で済み、安全であり、周囲のスペースを有効に使用できる。
【0035】
以下、この発明の搬送ロボットの一実施の形態を、図2〜図7を参照して説明する。図2は、この発明に係る搬送ロボットの一実施形態の概略を示す正面図、図3は、図2の上段のリニアガイドより上を取り除き、下段のリニアガイドを示す、III−III矢視平面図、図4は、図2のベルト駆動伝動系の細部を示す説明図、図5は、図3のV−V断面図、図6は、図5のVI矢視側面図,図7は、図2のハンドを取り除き、上段のリニアガイドを示す、VII−VII矢視平面図である。
【0036】
図2において、1はハンド、2はベース、3はリニアガイド部(R軸駆動手段)である。ベース2の内部には、昇降旋回手段が収容されている。この昇降旋回手段は市販のロボット同様のもので、昇降手段には、モータまたは流体駆動によるネジ方式、リンク方式、偏心カム方式が、旋回手段には、モータまたは流体駆動で直接またはギヤ、ベルトを介して旋回させる方式等種々の周知の昇降手段と旋回手段が使用される。昇降手段は、ハンド1の高さ(Z軸)を変えて被加工物受け渡し高さを相手に合わせるためのものである。旋回手段は、180°(あるいは360°)旋回(θ軸)してハンド1の向きを被加工物受け渡し相手に合わせるためのものである。ベース2内の昇降手段と旋回手段とは、昇降手段の上側または内側に旋回手段を設けることも、その逆にすることもできる。
【0037】
リニアガイド部3は、ベース2の上方に、昇降旋回手段の出力軸4に設置されている。この出力軸4は、昇降旋回手段のZ軸操作で上下に、θ軸操作で水平面内に旋回するので、リニアガイド部3も出力軸4とともにZ軸、θ軸に昇降旋回手段により駆動される。リニアガイド部3には、直線レールとこのレールに沿って摺動するスライダとからなるリニアガイドが複数段設けられ、最上段のリニアガイドのスライダにハンド1が取り付けられている。この複数段のリニアガイドはZ軸と直交するR軸方向(Z軸の半径方向)に直列に設置され、後に説明するように、ハンド半径方向駆動源5により駆動されてハンド1をR軸方向に移動する。
【0038】
上記R、Z、θ軸の駆動制御は、周知のサーボ制御回路等の適宜の駆動制御回路(図示省略)により行われるようになっている。
【0039】
次に、この発明の特徴であるリニアガイド部3について詳細に説明する。
【0040】
上記昇降旋回手段の出力軸4の上端に設置したリニアガイド部基部4aに、基部リニアガイド6の基部直線レール6aが水平に固定され、基部スライダ6bがこの直線レール6aに沿って摺動可能となっている。上記基部スライダ6bには、基部直線レール6aと平行に最上段リニアガイド7の最上段直線レール7aが固定され、最上段スライダ7bがこの最上段直線レール7aに沿って摺動可能となっている。
【0041】
そして、上記の両スライダ6b、7bの直線レール上の摺動により、 ハンド1の後退位置では、図1(a)、(d)、(g)のように、ほぼベース2真上に位置し、ハンド1の最前進位置では、図1(c)、(f)のように、ベース2から大きく張り出すようになっている。
【0042】
図2では、リニアガイドが2段の例を示したが、ハンド1の所要ストロークがリニアガイドの長さに比して更に大きい場合には、基部リニアガイドと最上段リニアガイドの間に、適宜数のリニアガイドを基部リニアガイドと平行に配置して挿入し、ひとつのリニアガイドのスライダに次のリニアガイドの直線レールが結合されるようにして段数を増やすようにしてもよい。
【0043】
なお、リニアガイドは、その直線レールとスライダの間のがたつきがなく、スムーズに直線運動ができて、摩耗粉等の発塵や発ガスが少なく耐久性がよいので、半導体製造装置のような清浄雰囲気が要求されるところでの使用に好適である。
【0044】
次に、リニアガイドの駆動系を説明する。基部リニアガイド6の下部にはモータ(ハンド半径方向駆動源)5が取り付けられている。この実施の形態では、このモータ5で、基部リニアガイド6と最上段リニアガイド7とを駆動して、同期して互いに等距離R軸方向に移動するように動作させる。ハンド1は、ふたつのリニアガイドの移動量の和、すなわち、この実施の形態では、ひとつのリニアガイドの移動量の倍だけ移動し、リニアガイドの長さよりも長いストロークを得られる。
【0045】
上記モータ5の出力軸には、原動マグネットカップリング8aが取り付けられている。図3に示すように、この原動マグネットカップリング8aに対向し少しのギャップを保って、第1の従動マグネットカップリング8bと第2の従動マグネットカップリング8cとが配置されている。これらのマグネットカップリング8a、8b、8cは、図4(a)に示すように、互いにその軸を直交させてあり、原動マグネットカップリング8aの回転動力が90°方向転換されて、従動マグネットカップリング8bおよび8cの回転動力に伝達される。つまり、ここで使用しているマグネットカップリングは、互いに直交するネジ歯車と同じような動力伝達を行うタイプのマグネットカップリングである。
【0046】
[基部リニアガイドの駆動機構]
上記第1の従動マグネットカップリング8bは、基部リニアガイド伝動軸9の一端側に取り付けられ、この基部リニアガイド伝動軸9は、上記リニアガイド部基部4aに設けられた第1の軸受台10に回転自在に保持されている。基部リニアガイド伝動軸9の他端側には、基部リニアガイド駆動プーリ11が固定されている。
【0047】
上記リニアガイド部基部4aには、第1の軸受台10と平行に、第2の軸受台12が設置され、この第2の軸受台12に、基部リニアガイドガイドプーリ13が取り付けられた基部リニアガイドガイド軸14が回転自在に保持されている。
【0048】
上記基部リニアガイド駆動プーリ11と基部リニアガイドガイドプーリ13との間には、基部リニアガイド駆動ベルト15が水平に張設されていている。図4(b)に上記ベルト15が駆動プーリ11に巻き掛けられた状態を示す。この基部リニアガイド駆動ベルト15の水平上部には、基部スライダ6bの側方に突出した固定具16が固定されている。
【0049】
基部リニアガイド6の駆動機構が上記のように構成されているので、モータ5の回転動力が、原動マグネットカップリング8a、従動マグネットカップリング8b、基部リニアガイド伝動軸9、基部リニアガイド駆動プーリ11の回転運動、基部リニアガイド駆動ベルト15のベルト運動、固定具16の直線運動へと変換されて、基部スライダ6bを基部直線レール6a上を摺動させる。
【0050】
[最上段リニアガイドの駆動機構]
上記第2の従動マグネットカップリング8cは、スプライン軸17の一端側に取り付けられ、このスプライン軸17は、上記リニアガイド部基部4aに設けられた第3の軸受台18および第4の軸受台19に回転自在に保持されている。スプライン軸17のスプライン溝17aには、スプライン軌道部20が軸方向摺動自在に嵌合されている。
【0051】
上記スプライン軌道部20は、上記基部スライダ6bに取り付けられたふたつのカムフォロワ21、22に両端を挟み込まれていて、基部スライダ6bとともにR軸方向に移動するようになっている。上記カムフォロワ21、22はクラウニングタイプで、一方のカムフォロワ21は偏心軸21aに回転自在に支持されている。したがって、両カムフォロワ21、22間隔を微調整して両カムフォロワ21、22で隙間なくスプライン軌道部20を挟み込むことができ、スプライン軌道部20は、基部スライダ6bにバックラッシュなしで追従してR軸方向に往復移動する。
【0052】
上記スプライン軌道部20には、中間原動マグネットカップリング23が一体に固定され、この中間マグネットカップリング23は、スプライン軸17と同芯に配置されている。中間マグネットカップリング23は、第2の従動マグネットカップリング8c、スプライン軸17、スプライン軌道部20と一体となって回転しながら、基部スライダ6bと一緒にR軸方向に移動するわけである。
【0053】
上記中間原動マグネットカップリング23には、図5および図6に示すように、中間従動マグネットカップリング24が対向配設されている。この中間従動マグネットカップリング24は、図7に示すように、最上段リニアガイド伝動軸25の一端側に取り付けられ、この最上段リニアガイド伝動軸25は、基部スライダ6b上に設けられた第5の軸受台26に回転自在に支持されている。上記最上段リニアガイド伝動軸25の他端側には、最上段リニアガイド駆動プーリ27が固定されている。
【0054】
上記基部スライダ6bには、第5の軸受台26と平行に、第6の軸受台28が設置されている。この第6の軸受台28に、最上段リニアガイドガイド軸30が回転自在に保持されている。そして、この最上段リニアガイドガイド軸30には、最上段リニアガイドガイドプーリ29が取り付けられている。
【0055】
上記最上段リニアガイド駆動プーリ27と最上段リニアガイドガイドプーリ29との間には、最上段リニアガイド駆動ベルト31が水平に張設されていて、この最上段リニアガイド駆動ベルト31の水平上部には、最上段スライダ7bの側方に突出した固定具32が固定されている。
【0056】
最上段リニアガイド7の駆動機構が上記のように構成されているので、モータ5の回転動力が、原動マグネットカップリング8a、従動マグネットカップリング8c、スプライン軸17、中間原動マグネットカップリング23、中間従動マグネットカップリング24、最上段リニアガイド伝動軸25、最上段リニアガイド駆動プーリ27の回転運動、最上段リニアガイド駆動ベルト31のベルト運動、固定具32の直線運動へと変換されて、最上段スライダ7bを最上段直線レール7a上を摺動させる。
【0057】
上記基部及び最上段リニアガイドの駆動機構において、基部リニアガイド駆動ベルト15の移動速度と最上段リニアガイド駆動ベルト31の移動速度とは、この実施の形態では、等しくなるように従動マグネットカップリング8b、8c、中間原動マグネットカップリング23、中間従動マグネットカップリング24の有効径(歯車の場合のピッチ径に相当)やプーリ11、27の径を設定しておく。具体的には、例えば、従動マグネットカップリング8bと8cの有効径を等しくして、基部リニアガイド伝動軸9とスプライン軸17の回転数を等しくし、更に、中間マグネットカップリング23と24の有効径を等しくして、基部リニアガイド伝動軸9と最上段リニアガイド伝動軸25の回転数を等しくし、プーリ11と27の径を等しく設定する。
【0058】
このように、各リニアガイドを互いに同期して、しかも、等速度で動作するようにすれば、各部の運動が平均化されて、局所的過負荷、摩耗等も起こらず、無理なくスムーズにハンド1をR軸方向に移動することができる。この構成は、リニアガイドを3段以上とした場合も同様である。
【0059】
各リニアガイドを等速、同期して動作させた場合、ハンド1のリニアガイド部基部4aに対する移動量、移動速度は、各リニアガイドのスライダの直線レールに対する移動量、移動速度のリニアガイド段数倍となる。
【0060】
各リニアガイドの同期動作には、上記実施の形態のように、ひとつのハンド半径方向駆動源5で全てのリニアガイドの動作を行うのが、制御も簡単で信頼性が高いので好ましいが、駆動源を別々にして電気的に同期を取る等、他のやり方でもリニアガイド同期動作を行うことができる。
【0061】
上記のマグネットカップリングは、(株)エフ・イー・シー製のMagTran(商品名)の90°方向転換型を使用した。マグネットカップリングは、原動側と従動側とが接触することなく、摩耗、発塵等が少なく、清浄な雰囲気で使用するのに適している。
【0062】
上記ベルト15および31には、いずれもタイミングベルトか摩擦ベルトを用いることが好ましい。あるいは、ベルトに代えて、摩擦ワイヤも用いることができる。タイミングベルト、摩擦ベルト、摩擦ワイヤは、芯に金属線や金属フィルムがインサートされていたり、全体が金属製で伸びが少なく、プーリとの間にスリップを生じないものが、摩耗、発塵、発ガスが少なく、長寿命で信頼性が高くなる。
【0063】
図8は、この発明の他の実施の形態を示す横断面図である。この実施の形態では、昇降旋回手段の出力軸の上に、ふたつのリニアガイド部とハンドを設けたもので、ロボットのθ、Z軸の上に、ふたつのR軸を平行に装備し、それぞれのR軸に設けたハンドを上下に配設した構成にしたものである。
【0064】
図8において、ふたつのリニアガイド部3−1、3−2は、リニアガイド部基部4a上に左右にほぼ対称に配置され、それぞれのハンド1−1、1−2は上下に配置されている。その他の構成は、図1〜図7で説明した第1の実施の形態と同様であるので、対応する部分に同一の符号と−1、−2の添字を付して詳細な説明は省略する。
【0065】
ふたつのリニアガイド部3−1、3−2にそれぞれハンド1−1、1−2を設けて、ハンド1−1、1−2を上下に配設すると、例えば、被加工物を積層する棚が設けてある被加工物カセットと被加工物を受け渡しする場合、ふたつのリニアガイド部3−1、3−2をそれぞれ独立に動作させて、効率よく被加工物の引き渡しと受け入れを行うことができる。
【0066】
図9〜図12は、この発明の更に他の実施の形態を示す。この実施の形態では、回転動力を非接触で方向変換して搬送方向の運動に変換する上述の方向変換非接触動力伝達手段、この非接触動力伝達手段の出力側に接続された駆動プーリ、駆動テープとスプラインに代えて、駆動源直結駆動プーリ、駆動テープとラック・ピニオンを用いている。
【0067】
図9〜図12において、図1、図3、図5と同一の部分については、同一の符合を付してその詳細な説明を省略する。61は、モータ5の出力軸に直結された基部リニアガイド駆動プーリである。62は、基部直線レール6aに沿って、バッファ室底部2bに設けられた基部リニアガイドガイドプーリである。ここで、モータ5と基部直線レール6aはともにバッファ室底部2bに固定されているので、上記基部リニアガイドプーリ駆動プーリ61と基部リニアガイドガイドプーリ62は、実質的に、基部直線レール6aに設けられていることになる。
【0068】
上記基部リニアガイドプーリ駆動プーリ61と基部リニアガイドガイドプーリ62との間には、基部リニアガイド駆動テープ63が巻き掛けられている。この基部リニアガイド駆動テープ63は、固定具64を介して、基部スライダ6bに固定されている。
【0069】
65は、バッファ室底部2bに固定されたラックである。このラック65には、基部スライダ6bの軸受部66に回転自在に設けられたピニオン67が噛み合っている。
【0070】
68は、上記ピニオン67と同軸、一体に軸受部66に回転自在に設けられた最上段リニアガイド駆動プーリである。基部スライダ6bには最上段直線レール7aが固定されているので、最上段リニアガイド駆動プーリ68は、実質的に、最上段直線レール7aに設けられていることになる。
【0071】
69は、最上段直線レール7aに設けられた最上段リニアガイドガイドプーリである。上記最上段リニアガイド駆動プーリ68と最上段リニアガイドガイドプーリ69との間には、最上段リニアガイド駆動テープ70が巻き掛けられている。この最上段リニアガイド駆動テープ70は、最上段スライダ7bに固定されている。
【0072】
図9〜図12の実施の形態においても、駆動テープとして金属テープやタイミングベルトを使用することができることは、図1〜図8の実施の形態と同様である。また、ラック・ピニオンとしては、通常のラック・ピニオンの他、タイミングベルトの背をラックのベースに貼り付け、タイミングベルトの歯にタイミングプーリを噛み合わせるようにしてもよい。
【0073】
この実施の形態では、モータ5、基部リニアガイドプーリ駆動プーリ61の回転動力が基部リニアガイド駆動テープ63のベルト運動に変換され、このベルト運動により基部スライダ6bを搬送方向に移動する。この移動により、基部スライダ6bすなわち最上段直線レール7a上のピニオン67がラック65に沿って回転する。最上段直線レール7a上では、ピニオン67とともに最上段リニアガイド駆動プーリ68が回転して、この回転動力が最上段リニアガイド駆動テープ70のベルト運動に変換され、このベルト運動により最上段スライダ7bを搬送方向に移動する。つまり、基部スライダ6bが動くと、それに同期して、最上段リニアガイド駆動プーリ68が回転し、最上段スライダ7bが動く。
【0074】
この実施の形態においても、他の構成、動作、作用は図1〜図8の実施の形態と同様であり、図8のように、ふたつの真空搬送装置を平行に装備し、それぞれに設けたハンドを上下に配設するようにして、同様の作用効果を得ることができる。
【0075】
【発明の効果】
この発明によれば、上述したように、R軸駆動手段が複数段のリニアガイドを有し、最上段のリニアガイドのスライダにハンドを設け、更に、複数段のリニアガイドが互いに同期して動作するようにし、また、複数段のリニアガイドのスライダが、タイミングベルト、摩擦ベルトまたは摩擦ワイヤに固定されて、タイミングベルト、摩擦ベルトまたは摩擦ワイヤにより駆動されるようにし、更に、このタイミングベルト、摩擦ベルトまたは摩擦ワイヤを駆動する駆動プーリへの動力伝達が、マグネットカップリングを介して行われるようにし、また、マグネットカップリングによる動力伝達が、90°方向変換する動力伝達であるようにし、また、θ、Z軸の上に、ふたつのR軸を平行に装備し、それぞれのR軸に設けたハンドが上下に配設されているようにしたから、以下の効果を奏する。
【0076】
(1) ロボット動作、特に、旋回動作に要する占有面積が小さくなる。
(2) ハンド半径方向駆動源をひとつにでき、安価に製作できる。
(3) シンプルな構造なので、保守性がよく、複雑な動作をさせるソフトウェアが不要である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の搬送ロボットの動作を説明する説明図で、(a)〜(f)は動作状態を順に示し、(g)は、(a)の平面図。
【図2】この発明の一実施の形態を示す正面図。
【図3】図2のIII−III矢視図。
【図4】(a)および(b)は、図2のリニアガイド駆動動力伝達系の細部を示す説明図。
【図5】図3のV−V矢視図で、上段リニアガイド、ハンドを補って示す。
【図6】図5のVI矢視図。
【図7】図2のVII−VII矢視図。
【図8】この発明の他の実施の形態を示す横断面図。
【図9】この発明の他の実施の形態を示す側面図。
【図10】図9のX矢視図。
【図11】図9のXI矢視図。
【図12】図9のXII−XII図。
【図13】従来の搬送装置の使用例を説明する説明図。
【符号の説明】
1 ハンド
2 ベース
3 リニアガイド部
4 出力軸
4a リニアガイド部基部
5 モータ(ハンド半径方向駆動源)
6 基部リニアガイド
6a 基部直線レール
6b 基部スライダ
7 最上段リニアガイド
7a 最上段直線レール
7b 最上段スライダ
8a 原動マグネットカップリング
8b 第1の従動マグネットカップリング
8c 第2の従動マグネットカップリング
9 基部リニアガイド伝動軸
10 第1の軸受台
11 基部リニアガイド駆動プーリ
12 第2の軸受台
13 基部リニアガイドガイドプーリ
14 基部リニアガイドガイド軸
15 基部リニアガイド駆動ベルト
16 固定具
17 スプライン軸
17a スプライン溝
18 第3の軸受台
19 第4の軸受台
20 スプライン軌道部
21、22 カムフォロワ
21a 偏心軸
23 中間原動マグネットカップリング
24 中間従動マグネットカップリング
25 最上段リニアガイド伝動軸
26 第5の軸受台
27 最上段リニアガイド駆動プーリ
28 第6の軸受台
29 最上段リニアガイドガイドプーリ
30 最上段リニアガイドガイド軸
31 最上段リニアガイド駆動ベルト
32 固定具
61 基部リニアガイド駆動プーリ
62 基部リニアガイドガイドプーリ
63 基部リニアガイド駆動テープ
65 ラック
66 軸受部
67 ピニオン
68 最上段リニアガイド駆動プーリ
69 最上段リニアガイドガイドプーリ
70 最上段リニアガイド駆動テープ
901 ロードロック室
901a バッファスタンド
902 トランスファー室
903 真空処理室
904 真空処理室ゲートバルブ
905 トランスファー室ゲートバルブ
906 真空搬送装置
907 大気搬送室
908 ロードロック室ゲートバルブ
909 被加工物カセット
910 大気ロボット
Claims (7)
- R軸、θ軸、Z軸の駆動を行う搬送ロボットにおいて、R軸駆動手段が複数段のリニアガイドを有し、最上段のリニアガイドのスライダにハンドが設けられていることを特徴とする搬送ロボット。
- 複数段のリニアガイドが互いに同期して動作する請求項1記載の搬送ロボット。
- 複数段のリニアガイドのスライダが、タイミングベルト、摩擦ベルトまたは摩擦ワイヤに固定されて、タイミングベルト、摩擦ベルトまたは摩擦ワイヤにより駆動される請求項2記載の搬送ロボット。
- タイミングベルト、摩擦ベルトまたは摩擦ワイヤを駆動する駆動プーリへの動力伝達が、ラック・ピニオンまたは第2のタイミングベルト・タイミングプーリを介して行われる請求項3記載の搬送ロボット。
- タイミングベルト、摩擦ベルトまたは摩擦ワイヤを駆動する駆動プーリへの動力伝達が、マグネットカップリングを介して行われる請求項3記載の搬送ロボット。
- マグネットカップリングによる動力伝達が、90°方向変換する動力伝達である請求項5記載の搬送ロボット。
- θ、Z軸の上に、ふたつのR軸を平行に装備し、それぞれのR軸に設けたハンドが上下に配設されている請求項1ないし6のいずれかに記載の搬送ロボット。
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