JP5309324B2 - 基板搬送システム - Google Patents

Description

本発明は、基板を搬送するためのロボットを備えた基板搬送システムに関する。特に、本発明による基板搬送システムは、ソーラーパネル用の大型ガラス基板のような重い基板の搬送に適している。

化学蒸着装置（ＣＶＤ装置）のような基板処理装置に対して、処理すべき基板を搬入し、処理済みの基板を搬出するために、各種のロボットが用いられている。

処理される基板の一例として、ソーラーパネルに用いられる角形のガラス基板があり、そのサイズは一辺が２ｍを超えており、大型の重量物である。

ソーラーパネル用のガラス基板のような大型の重量物を安全且つ的確に搬送するためには、そのような重量に十分に耐えうるロボットが必要である。

また、基板搬送システムを設置するために必要となる床面積については、限られたスペースでの据え付けを可能とするために、出来るだけ小さくすることが望まれている。
特開２００８−１３７１１５号公報 特開２００８−７３７８８号公報 特開２００７−２６０８６２号公報 特開２００７−５４９３９号公報

しかしながら、従来の基板搬送システムの基板搬送ロボットにおいては、エンドエフェクタと共に基板を昇降させる際に、基板が保持されたエンドエフェクタのみならず、エンドエフェクタが装着されたアーム等も一緒に昇降駆動される。

このため、一辺が２ｍを超えるような大型の重量ガラス基板を安全且つ的確に昇降するためには、駆動源として大容量のモータが必要となり、これにより、装置が大型化し、その製造コストも増大してしまうという問題があった。

また、従来の基板搬送システムの基板搬送ロボットは、上記の通りそれ自体が大型化してしまうという問題に加えて、ロボットの周囲に基板処理装置等を配置する際に、基板やアームとの干渉を防止する関係上、コンパクトなレイアウトを採用しにくいという問題があった。

さらに、従来の基板搬送ロボットは、エンドエフェクタの水平移動の際にアームを水平方向に伸ばす構造であるので、伸張したアームの自重による撓みに起因するエンドエフェクタの位置ずれの問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、基板搬送ロボットの周囲に基板処理装置等を配置する際に、コンパクトなレイアウトを採用可能とする基板搬送ロボットを備えた基板搬送システムを提供することを目的とする。

また、本発明は、構造の大型化を防止しつつ、大型ガラス基板のような重量物を安全且つ的確に搬送できる基板搬送ロボットを備えた基板搬送システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明による基板搬送システムは、基板を搬送するためのロボットであって、前記ロボットに隣接して配置された、前記基板を処理するための基板処理装置に対して、前記基板を搬出入するためのロボットと、前記ロボットに隣接して配置され、前記ロボットの近傍まで前記基板を搬入し、且つ、前記ロボットから受け取った前記基板を搬出するための基板搬出入手段と、を備え、前記ロボットは、前記基板が略水平に保持されるエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを垂直方向に駆動する垂直駆動手段と、前記垂直駆動手段を水平方向に駆動する水平駆動手段と、前記水平駆動手段を垂直方向の回転軸線周りに回転駆動する回転駆動手段と、を備え、前記垂直駆動手段に前記エンドエフェクタの端部が接続され、前記水平駆動手段に前記垂直駆動手段の端部が接続されている、ことを特徴とする。

好ましくは、この基板搬送システムは、前記ロボットに隣接して配置され、前記ロボットによって前記基板搬出入手段と前記基板処理装置との間で搬送される前記基板が暫定的に貯蔵される暫定貯蔵装置をさらに備える。

好ましくは、前記エンドエフェクタは、水平方向に延在して基端部及び先端部を有し、前記基端部が前記垂直駆動手段に装着されており、前記ロボットは、前記垂直駆動手段が前記水平駆動手段の後端部に位置しているとき、前記エンドエフェクタの前記先端部が前記水平駆動手段の前端よりも後端側に位置するように構成されており、前記基板処理装置及び前記暫定貯蔵装置のうちの少なくとも１つの装置の下部には、少なくとも前記ロボットに面する側が開放された開放空間が形成されており、前記ロボットは、前記回転軸線周りに前記水平駆動手段が回転する際に前記水平駆動手段の前端部が少なくとも１つの前記開放空間内を通過するように配置されている。

好ましくは、前記基板処理装置と前記基板搬出入手段とが前記ロボットを間に挟んで対向して配置されており、前記暫定貯蔵装置が、前記基板処理装置と前記基板搬出入手段とを結ぶ線に直交する線の上に配置されている。

好ましくは、この基板搬送システムは、前記ロボットを間に挟んで対向して配置された一対の前記暫定貯蔵装置を備える。

好ましくは、前記回転軸線は、前記水平駆動手段の前後方向の中央位置よりも後端寄りの位置にある。

好ましくは、前記水平駆動手段は、水平方向に延在し、前端部及び後端部を含む走行支持部材であって、前記回転駆動手段によって前記回転軸線周りに回転駆動される走行支持部材と、前記垂直駆動手段を前記走行支持部材の前記前端部と前記後端部との間で走行駆動する走行駆動機構と、を有し、前記走行駆動機構は、前記走行支持部材の前記前端部と前記後端部との間に掛け渡され、前記垂直駆動手段の下端部が固着された水平搬送ベルトと、前記水平搬送ベルトを駆動する水平搬送用モータと、を有する。

好ましくは、前記垂直駆動手段は、垂直方向に延在し、上端部及び下端部を含む昇降支持部材であって、前記下端部が前記水平駆動手段に装着された昇降支持部材と、前記エンドエフェクタを前記昇降支持部材の前記上端部と前記下端部との間で昇降駆動する昇降駆動機構と、を有し、前記昇降駆動機構は、前記昇降支持部材の前記上端部と前記下端部との間に掛け渡され、前記エンドエフェクタの基端部が固着された垂直搬送ベルトと、前記垂直搬送ベルトを駆動する垂直搬送用モータと、を有する。

以下、本発明の一実施形態による基板搬送システムについて、図面を参照して説明する。

図１及び図２に示したように本実施形態による基板搬送システムは、基板搬送ロボット１と、その周囲に配置された暫定貯蔵装置２、３及びコンベヤ装置（基板搬出入手段）４を備えている。また、ロボット１に隣接して、基板を処理するための基板処理装置５が配置されている。

ロボット１及び各装置２−５の配置関係について説明すると、基板処理装置５とコンベヤ装置４とがロボット１を間に挟んで対向して配置されている。また、一対の暫定貯蔵装置２、３が、基板処理装置５とコンベヤ装置４とを結ぶ線に直交する線の上において、ロボット１を間に挟んで対向して配置されている。

この搬送システムは、特にソーラーパネル用の大型ガラス基板１００の搬送に適したものであり、ロボット１が、コンベヤ装置４、一対の暫定貯蔵装置２、３、及び基板処理装置５の間で、適宜ガラス基板１００を搬送する。

具体的には、コンベヤ装置４によってロボット１の近傍まで搬送された未処理のガラス基板１００が、ロボット１によって第１の暫定貯蔵装置２へと搬送される。この第１の暫定貯蔵装置２に暫定的に貯蔵されている未処理のガラス基板１００は、ロボット１によって基板処理装置５へと搬入される。

基板処理装置５は、ガラス基板１００に対して化学蒸着（ＣＶＤ）処理等を施し、処理済みのガラス基板１００は、ロボット１によって基板処理装置５内から搬出され、第２の暫定貯蔵装置３へと搬送される。

この第２の暫定貯蔵装置３に暫定的に貯蔵されている処理済みのガラス基板１００は、ロボット１によってコンベヤ装置４に搬送され、コンベヤ装置４によって搬出される。

図３に示したように基板搬送ロボット１は、床５０に固定して設置された基台１０を有し、この基台１０によって、水平方向に延在する細長の走行支持部材１１が回転可能に支持されている。

具体的には、走行支持部材１１の下面に回転支軸１２が固定して設けられており、この回転支軸１２が、基台１０の軸受１３によって枢支されている。回転支軸１２は、走行支持部材１１の長手方向の中央位置よりも、やや後端部１１Ｂ寄りの位置に設けられている。

基台１０の内部には、エンコーダを備えたサーボモータ１４が設けられており、歯車機構１５、１６を介してサーボモータ１４の回転駆動力が回転支軸１２に伝達される。これにより、走行支持部材１１が、基台１０に対して、垂直方向の回転軸線１７周りに回転駆動される。サーボモータ１４及び歯車機構１５、１６が回転駆動手段を構成する。

走行支持部材１１には、垂直方向に延在する昇降支持部材１８が、走行支持部材１１の前端部１１Ａと後端部１１Ｂとの間をその直立状態を維持しながら移動可能となるように装着されている。

より具体的には、走行支持部材１１の内部空間には、前端部１１Ａと後端部１１Ｂとの間に一対のプーリ（水平搬送用プーリ）１９Ａ、１９Ｂを介して掛け渡された水平搬送ベルト２０が設けられている。走行支持部材１１の上面は開口しており、水平搬送ベルト２０の上面に、昇降支持部材１８の下端部１８Ｂが固定されている。なお、走行支持部材１１の上面開口は、シールベルト等によってシールしても良い。

一方のプーリ１９Ａは、エンコーダを備えたサーボモータ２１によって回転駆動され、水平搬送ベルト２０が前後に駆動される。これにより、昇降支持部材１８が、走行支持部材１１の前端部１１Ａと後端部１１Ｂとの間で走行駆動される。サーボモータ２１、水平搬送ベルト２０、プーリ１９Ａ、１９Ｂは、昇降支持部材１８を水平方向に走行させる走行駆動機構を構成する。この走行駆動機構と走行支持部材１１とによって水平駆動手段が構成される。

昇降支持部材１８の前面には、水平方向に延在するエンドエフェクタ２２が、昇降支持部材１８の上端部１８Ａと下端部１８Ｂとの間をその水平状態を維持しながら昇降可能となるように装着されている。

より具体的には、昇降支持部材１８の内部空間には、上端部１８Ａと下端部１８Ｂとの間に一対のプーリ（垂直搬送用プーリ）２３Ａ、２３Ｂを介して掛け渡された垂直搬送ベルト２４が設けられている。昇降支持部材１８の前面は開口しており、垂直搬送ベルト２４の前面に、エンドエフェクタ２２の基端部２２Ｂが固定されている。なお、昇降支持部材１８の前面開口は、シールベルト等によってシールしても良い。

一方のプーリ２３Ａは、エンコーダを備えたサーボモータ２５によって回転駆動され、垂直搬送ベルト２４が上下に駆動される。これにより、エンドエフェクタ２２が、昇降支持部材１８の上端部１８Ａと下端部１８Ｂとの間で走行駆動される。サーボモータ２５、垂直搬送ベルト２４、及びプーリ２３Ａ、２３Ｂは、エンドエフェクタ２２を垂直方向に昇降させる昇降駆動機構を構成する。この昇降駆動機構と昇降支持部材１８とによって垂直駆動手段が構成される。

図３は昇降支持部材１８が走行支持部材１１の後端部１１Ｂに位置している状態を示しているが、この待機状態において、エンドエフェクタ２２の先端部２２Ａは、走行支持部材１１の前端よりも後端側に位置している。

本実施形態による搬送システムにおいては、図４（ａ）に示したように、暫定貯蔵装置２、３の各々の下部に、少なくともロボット１に面する側（前面側）が開放された開放空間２Ａ、３Ａが形成されている。

また、図４（ｂ）に示したように、基板処理装置５においても、その下部に、少なくともロボット１に面する側（前面側）が開放された開放空間５Ａが形成されている。なお、基板処理装置５の下部に開放空間５Ａを形成することに代えて、ロボットの最小回転半径に干渉しないように基板処理装置５を配置する場合もある。

さらに、図４（ｃ）に示したように、コンベヤ装置４においては、上下のベルトに挟まれた領域において、少なくともロボット１に面する側（前面側）が開放された開放空間４Ａが形成されている。

ロボット１の走行支持部材１１を回転軸線１７周りに回転させると、走行支持部材１１の前端部１１Ａは、図２において符号２６で示した円形の軌跡を描く。

そして、走行支持部材１１の前端部１１Ａの円形の軌跡２６は、その一部が、暫定貯蔵装置２、３、コンベヤ装置４、及び基板処理装置５の設置領域と重なっている。なお、基板処理装置５については、円形の軌跡２６と重ならないように配置される場合もある。

しかしながら、各装置には図４に示した開放空間２Ａ、２Ｂ、４Ａ、５Ａが形成されているので、ロボット１の走行支持部材１１は、その回転に際して前端部１１Ａが開放空間２Ａ、２Ｂ、４Ａ、５Ａの内部を通過する。

この点について図５及び図６を参照して説明すると、ロボット１の走行支持部材１１は、基板処理装置５の下方に形成された開放空間５Ａ及びコンベヤ装置４内部の開放空間４Ａのそれぞれに対応する高さ位置に配置されている。また、暫定貯蔵装置２、３に関しても、走行支持部材１１は、開放空間２Ａ、３Ａのそれぞれに対応する高さ位置に配置されている。

これにより、走行支持部材１１が回転する際には、その前端部１１Ａが開放空間２Ａ、３Ａ、４Ａ、５Ａの内部を通過することが可能となり、走行支持部材１１と各装置２−５との干渉を防止することができる。

また上述したように回転支軸１２は、走行支持部材１１の長手方向の中央位置よりもやや後端部１１Ｂ寄りの位置に設けられている。これにより、昇降支持部材１８が走行支持部材１１の後端部１１Ｂに位置している状態で走行支持部材１１を回転させた場合でも、昇降支持部材１８が各装置２−５に干渉することがない。

また、回転支軸１２を走行支持部材１１の長手方向の中央位置よりもやや後端部１１Ｂ寄りの位置に設けることにより、ロボット旋回時の旋回軸における重量バランスが改善され、スムーズな回転動作を達成することができる。

即ち、ロボット旋回時においては昇降支持部材１８が走行支持部材１１の後端部１１Ｂ側に位置しているが、走行支持部材１１の前方部分を後方部分よりも長くすることにより前方部分の重量が大きくなり、重量バランスが改善される。

なお、本実施形態における走行駆動機構及び昇降駆動機構では、直動機構としてベルト＆プーリを使用しているが、例えば、ラックピニオン、ボールスクリュー、リニアモータ、シリンダ、テレスコピック、パンタグラフ等の直動機構を使用しても良い。

また、本実施形態における回転駆動手段では、サーボモータ１４の動力を歯車機構１５、１６を介して走行支持部材１１に伝達するようにしているが、例えば、大出力のモータに走行支持部材１１を直接接続しても良い。

以下、コンベヤ装置４上のガラス基板１００を基板処理装置５に搬送する場合のロボット１の動作について説明する。

初期状態においては、図１に示したようにエンドエフェクタ２２がコンベヤ装置４の方向を向いており、このとき、図３に示したように昇降支持部材１８は走行支持部材１１の後端部１１Ｂ側に位置している。

この状態で、昇降駆動用のサーボモータ２５を駆動してエンドエフェクタ２２を降下させ、コンベヤ装置４上のガラス基板１００の下面から所定距離下方に移動させる。

次に、走行駆動用のサーボモータ２１を駆動して昇降支持部材１８を走行支持部材１１の前端部１１Ａ側に移動させ、エンドエフェクタ２２をガラス基板１００の下方に位置させる。

続いて、昇降駆動用のサーボモータ２５を駆動してエンドエフェクタ２２を所定距離上方に移動させ、エンドエフェクタ２２上にガラス基板１００を保持させる。

そして、走行駆動用のサーボモータ２１を駆動して、昇降支持部材１８を走行支持部材１１の後端部１１Ｂ側に移動させる。

次に、回転駆動用のサーボモータ１４を駆動して走行支持部材１１を回転させ、エンドエフェクタ２２が基板処理装置５の方向を向くようにする。

続いて、昇降駆動用のサーボモータ２５を駆動してエンドエフェクタ２２を基板処理装置５の基板載置部の高さから所定距離上方に移動させる。

そして、走行駆動用サーボモータ２１を駆動して昇降支持部材１８を走行支持部材１１の前端部１１Ａ側に移動させ、エンドエフェクタ２２を基板処理装置５の基板載置部の上方に位置させる。

この状態から、昇降駆動用サーボモータ２５を駆動してエンドエフェクタ２２を所定距離下方に移動させ、基板処理装置５の基板載置部にガラス基板１００を載置する。

最後に、走行駆動用モータ２１を駆動して昇降支持部材１８を走行支持部材１１の後端部１１Ｂに移動させる。

なお、本実施形態においては、コンベヤ装置４を使用してガラス基板１００を搬入、搬出するようにしたが、例えば、ガラス基板１００を載置するための載置台を設置して、ロボット等によってガラス基板１００を載置台上に搬入、搬出しても良いし、或いは、基板用の容器に複数収容された状態でガラス基板１００を搬入、搬出するようにしても良い。

上記構成を備えた本実施形態の搬送システムによれば、ロボット１の走行支持部材１１と各装置２−５との干渉を防止しながら、各装置２−５をロボット１に対して従来よりも近い位置に配置することができるので、基板処理装置５を含めてシステム全体のレイアウトを従来よりもコンパクトにすることができる。

また、本実施形態の搬送システムのロボット１においては、ガラス基板１００をエンドエフェクタ２２に載置して昇降させる際には、ロボット１全体のうち、エンドエフェクタ２２のみを昇降駆動すれば足りる。このため、従来の技術のようにエンドエフェクタと共に他のアームを動かす場合と比べて、駆動手段を構成するサーボモータの容量を小さく抑えることができる。これにより、ロボット１の大型化を防止し、且つ、製造コストの増大を抑制することができる。

さらに、本実施形態の搬送システムのロボット１は、垂直駆動手段自体を水平方向に移動させることによりエンドエフェクタ２２を水平方向に移動させるようにしたので、従来の基板搬送ロボットのようにアームを水平方向に伸長させる必要がない。このため、アームの伸長による撓みの問題がなく、エンドエフェクタ２２を所望の位置に正確に位置決めすることができる。

本発明の一実施形態による基板搬送システムの概略構成を基板処理装置と共に示した斜視図。 図１に示した基板搬送システム及び基板処理装置の平面図。 本発明の一実施形態による基板搬送システムのロボットの概略構成を示した縦断面図。 図１に示した暫定貯蔵装置、基板処理装置、及びコンベヤ装置における開放空間を説明するための図であり、（ａ）は暫定貯蔵装置、（ｂ）は基板処理装置、（ｃ）はコンベヤ装置を示す。 図１に示した基板搬送システム及び基板処理装置のレイアウトを説明するための図であり、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は部分側面図。 図１に示した基板搬送システム及び基板処理装置のレイアウトを説明するための側面図。

符号の説明

１ 基板搬送ロボット
２、３ 暫定貯蔵装置
２Ａ、３Ａ、５Ａ 開放空間
４ コンベヤ装置
５ 基板処理装置
１１ 走行支持部材
１８ 昇降支持部材
１４、１５、１６ 回転駆動手段
１９Ａ、１９Ｂ 水平搬送用プーリ
２０ 水平搬送ベルト
２１ 水平搬送用サーボモータ
２２ エンドエフェクタ
２３Ａ、２３Ｂ 垂直搬送用プーリ
２４ 垂直搬送ベルト
２５ 垂直搬送用サーボモータ
１００ ガラス基板

Claims (6)

1. 基板を搬送するためのロボットであって、前記ロボットに隣接して配置された、前記基板を処理するための基板処理装置に対して、前記基板を搬出入するためのロボットと、
   前記ロボットに隣接して配置され、前記ロボットの近傍まで前記基板を搬入し、且つ、前記ロボットから受け取った前記基板を搬出するためのコンベヤ装置と、を備え、
   前記ロボットは、前記基板が略水平に保持されるエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを垂直方向に駆動する垂直駆動手段と、前記垂直駆動手段を水平方向に駆動する水平駆動手段と、前記水平駆動手段を垂直方向の回転軸線周りに回転駆動する回転駆動手段と、を備え、前記垂直駆動手段に前記エンドエフェクタの端部が接続され、前記水平駆動手段に前記垂直駆動手段の端部が接続されており、
   前記ロボットに隣接して配置され、前記ロボットによって前記コンベヤ装置と前記基板処理装置との間で搬送される前記基板が暫定的に貯蔵される暫定貯蔵装置をさらに備え、
   前記エンドエフェクタは、水平方向に延在して基端部及び先端部を有し、前記基端部が前記垂直駆動手段に装着されており、
   前記ロボットは、前記垂直駆動手段が前記水平駆動手段の後端部に位置しているとき、前記エンドエフェクタの前記先端部が前記水平駆動手段の前端よりも後端側に位置するように構成されており、
   前記基板処理装置及び前記暫定貯蔵装置のうちの少なくとも１つの装置の下部には、少なくとも前記ロボットに面する側が開放された開放空間が形成されており、
   前記ロボットは、前記回転軸線周りに前記水平駆動手段が回転する際に前記水平駆動手段の前端部が少なくとも１つの前記開放空間内を通過するように配置されている、ことを特徴とする基板搬送システム。
2. 前記基板処理装置と前記コンベヤ装置とが前記ロボットを間に挟んで対向して配置されており、
   前記暫定貯蔵装置が、前記基板処理装置と前記コンベヤ装置とを結ぶ線に直交する線の上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の基板搬送システム。
3. 前記ロボットを間に挟んで対向して配置された一対の前記暫定貯蔵装置を備えたことを特徴とする請求項２記載の基板搬送システム。
4. 前記回転軸線は、前記水平駆動手段の前後方向の中央位置よりも後端寄りの位置にあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板搬送システム。
5. 前記水平駆動手段は、水平方向に延在し、前端部及び後端部を含む走行支持部材であって、前記回転駆動手段によって前記回転軸線周りに回転駆動される走行支持部材と、前記垂直駆動手段を前記走行支持部材の前記前端部と前記後端部との間で走行駆動する走行駆動機構と、を有し、
   前記走行駆動機構は、前記走行支持部材の前記前端部と前記後端部との間に掛け渡され、前記垂直駆動手段の下端部が固着された水平搬送ベルトと、前記水平搬送ベルトを駆動する水平搬送用モータと、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板搬送システム。
6. 前記垂直駆動手段は、垂直方向に延在し、上端部及び下端部を含む昇降支持部材であって、前記下端部が前記水平駆動手段に装着された昇降支持部材と、前記エンドエフェクタを前記昇降支持部材の前記上端部と前記下端部との間で昇降駆動する昇降駆動機構と、を有し、
   前記昇降駆動機構は、前記昇降支持部材の前記上端部と前記下端部との間に掛け渡され、前記エンドエフェクタの基端部が固着された垂直搬送ベルトと、前記垂直搬送ベルトを駆動する垂直搬送用モータと、を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板搬送システム。

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