JP2000001218A

JP2000001218A - 搬送装置

Info

Publication number: JP2000001218A
Application number: JP16660998A
Authority: JP
Inventors: Yasuhide Matsumura; 泰秀松村; Masabumi Kanetomo; 正文金友; Tsutomu Fujimoto; 勉藤本; Kenji Mitsusaka; 賢司三坂; Hironao Kamaya; 弘直釜谷; Kazuichi Sugiyama; 和一杉山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2000-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】搬送装置の死点脱出機構において、死点位置以
外ではベルトの張力を弱めるようにプーリの形状を決
め、ベルトの長寿命化を図る。【解決手段】プーリ１０１の回転角に対するベルト１０
２の巻き取り量よりプーリ１０３の回転角に対するベル
ト１０２の巻き戻し量の方が大きく、またプーリ１０１
の回転角に対するベルト１０２の巻き戻し量が、プーリ
１０３の回転角に対するベルト１０２の巻き取り量より
大きくなるようにプーリの半径を決定する。また第１の
腕１ａと１ｂのなす角度が１８０度となる位置で張力印
加機構を第１の腕１ｂに取付けてベルト１０２に張力を
印加し、所定の張力をかけた後には張力印加機構を取り
去る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置等の製造
設備に係り、特に被搬送物としてウェハを入れたウェハ
カセットを無人で搬送するのに好適な搬送装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工場の中では、ウェハを１３
枚もしくは２５枚をカセットに入れ、ストッカと呼ばれ
るカセットをストックして置く場所と製造設備との間で
カセットを搬送するための搬送装置が使用されている。
また製造設備の内部でも各工程間は同様にカセットを搬
送する搬送装置が使用されている。そのなかで、ウェハ
等の基板を搬送するロボットで、連結された二本の腕を
一対持ち、一対の腕で一つのキャリアを支え、一対の腕
を同時に駆動し、キャリアを支えている腕の支点が腕の
駆動軸上を通過できるロボット、つまり死点からの脱出
機構を具備したロボットについて、また、死点からの脱
出の機構やその機構に用いられているワイヤやベルトの
張力のかけ方については、特願平8−84941号および特願
平9−22401号に詳細に述べられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１，図２，図３は従
来の搬送装置の構成図である。図１はこの搬送装置の俯
瞰図であり、同軸の駆動軸に結合された第１の腕１ａと
第１の腕１ｂが配置され、回転自在な軸受け６ａと６ｂ
を介して第２の腕２ａと第２の腕２ｂとが連結されてい
る。そして、第２の腕２ａと第２の腕２ｂはそれぞれの
腕の開き角が同一になるような関節の機構７ａと７ｂを
介してキャリア３が結合されている。キャリア３にはウ
ェハカセット４が載っている。ウェハカセット４は直進
方向８，軸心５を回転中心として回転方向９、そして上
下方向１０に移動可能となっている。

【０００４】図２は搬送装置の上面図である。図２(ａ)
は第１の腕１ａと第１の腕１ｂの回転方向１１ａと１１
ｂ、それに第２の腕２ａと第２の腕２ｂの回転方向１２
ａと１２ｂを腕を伸ばす方向に回転させて直進方向８に
移動したところである。図２（ｂ）は回転方向１１ａと
１１ｂ、それに回転方向１２ａと１２ｂを腕を縮める方
向に回転させ、原点位置に移動したところを表してい
る。この時キャリア３を支えている腕の関節機構７ａと
７ｂが腕の駆動軸の軸心５を通過している。

【０００５】図３は搬送装置の断面図である。第１の腕
１ａは同軸の駆動軸１３ａに結合され、歯車１４ａを介
して駆動モータ１６ａに結合した歯車１５ａと噛み合っ
ている。第１の腕１ｂも同様に、同軸の駆動軸１３ｂに
結合され、歯車１４ｂを介して駆動モータ１６ｂに結合
した歯車１５ｂと噛み合っている。

【０００６】この図から明らかなように、駆動モータ１
６ａと１６ｂを回転させると、同軸の駆動軸１３ａと１
３ｂの軸心を回転中心として、第１の腕１ａと１ｂが回
転する構造となっている。そしてこの駆動モータ１６ａ
と１６ｂの回転方向を逆方向に回転させればキャリア３
は直進方向８の移動を行い、同一方向に回転させればキ
ャリア３は回転方向９の移動を行う。これらの機構は直
進ガイド２０ａと20ｂで支えられ、Ｚ軸駆動モータ１７
と結合したボールネジ軸１８，ボールネジナット１９に
より上下方向１０に移動できる構造となっている。

【０００７】第１の腕１ａと結合されたプーリ１０１
と、第２の腕２ｂに結合されたプーリ１０３との間に
は、ベルト１０２がかけられてプーリ１０１とプーリ１
０３の円周面に固定されており、プーリ１０１の回転を
プーリ１０３に伝達している。

【０００８】死点脱出は以下の動作で行われる。第１の
腕１ａ，第１の腕１ｂの回転開始と同時に、第１の腕１
ａと結合されたプーリ１０１も同方向に回転を開始す
る。プーリ１０１の回転に伴って、第２の腕２ｂと結合
されたプーリ１０３にもベルト１０２を介して同方向の
回転駆動力が伝達される。つまりプーリ１０３の回転方
向は、プーリ１０３を回転支持している第１の腕１ｂの
回転方向とは逆方向である。従って、第１の腕１ａと１
ｂの回転開始と同時に、第２の腕２ｂと結合されたプー
リ１０３にも回転駆動力が伝達されるので、第１の腕１
ａと１ｂのなす開き角度が１８０度の死点位置からの起
動が可能となる。

【０００９】まずプーリの形状の課題について説明す
る。図４はこの搬送装置の第１の腕１ａと１ｂ，第２の
腕２ａと２ｂ，関節の機構７ａと７ｂの構成をモデル化
したもので、Ｌ１は第１の腕１ａおよび１ｂの回転中心
間の長さ、Ｌ２は第２の腕２ａおよび２ｂの回転中心間
の長さ、Ｌ３は関節の機構７ａと７ｂの回転中心間の長
さである。θ１は第１の腕１ａと１ｂの開き角が１８０
度で一直線になったところからの第１の腕１ａと１ｂの
回転角、θ２は第１の腕１ａと１ｂが一直線の状態と平
行な軸からの第２の腕２ａと２ｂの回転角である。

【００１０】ここで、θ１とθ２の関係は次の数１で表
される。

【００１１】

【数１】

【００１２】数１をθ２について解けば、数２となる。

【００１３】

【数２】

【００１４】この数２にＬ１＝１８５mm，Ｌ２＝１５５
mm，Ｌ３＝６０mmとして計算したものを図５に示す。ま
た図５にはＬ１＝Ｌ２，Ｌ３＝０mmとして計算した結果
も同時に示している。この結果より、Ｌ１＝Ｌ２，Ｌ３
＝０mmならばθ１＝θ２であるが、Ｌ３が存在するなら
ば必ずθ１＜θ２となることがわかる。つまりプーリ１
０１とプーリ１０３の回転角は等しくないため、もしプ
ーリ１０１とプーリ１０３を同一円形にしたならば、プ
ーリ１０１とプーリ１０３にかけられているベルト１０
２は、片側は過剰な張力がかかって切断し、もう一方は
緩むことになる。

【００１５】この状態を回避する手段として、従来はプ
ーリ１０１の回転半径を第１の腕１ｂと第２の腕２ｂの
回転量の比率になるように、連続的に変化するカム構造
とするようにした。この方法を採用した場合、ベルトの
張力は腕の回転角度とは無関係に常に一定となる。死点
脱出を滑らかに行うためにベルトには強い張力がかけら
れており、この状態で使用した場合ベルトの寿命が短く
て信頼性が損なわれ、短期間でのメンテナンスを必要と
していた。

【００１６】またプーリ１０３の直径をプーリ１０１の
直径より１mm程度小さくし、さらに駆動軸１３ａと第２
の腕２ｂの回転中心を結ぶ中心線の延長線上に偏芯させ
て固定する構造も取っていた。この方法ではプーリ１０
１の直径，プーリ１０３の直径，偏芯量および腕の回転
角θ１，θ２から最適値を決めることは極めて困難なた
め粗い近似を行うこととなり、それ故ベルトの張力が張
りすぎ、または緩みすぎの状態となり、先と同様にベル
トの寿命が短くて信頼性が損なわれ、短期間でのメンテ
ナンスを必要としていた。

【００１７】次にベルト１０２への張力の与え方の課題
について説明する。従来、ベルトが組み込まれている第
１の腕１ｂの中にベルトの張力付加機構を組み込んでい
た。具体的には、ローラをベルトに押し付けたり、プー
リにベルトを固定している部分に板バネを置き、板バネ
が変形する力で張力を与えていた。しかしこれらの方法
は、各搬送装置の腕の中に組み込むためコストが高くつ
くこと、また腕の重量が重くなることおよび慣性モーメ
ントが大きくなって駆動モータの出力を大きくする必要
があった。そして張力の定量的な管理ができないため、
搬送装置を量産する時に装置間の寿命の差が大きくなる
こと、またベルトに変形を与えるためにベルトの寿命が
短くて信頼性が損なわれ、短期間でのメンテナンスを必
要する等の課題があった。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明においては上記課
題を解決するために、プーリの形状を決定する方法とし
て、プーリ１０１とプーリ１０３にベルト１０２が接す
る位置において、プーリ１０１の回転角に対するベルト
１０２の巻き取り量と、プーリ１０３の回転角に対する
ベルト１０２の巻き戻し量とを比較した時、プーリ１０
３のベルト102の巻き戻し量の方が大きく、またプーリ
１０１の回転角に対するベルト１０２の巻き戻す量と、
プーリ１０３の回転角に対するベルト１０２の巻き取る
量を比較した時、第１プーリの部材の巻き戻す量の方が
大きくなるようにプーリの半径を決定した。

【００１９】また、ベルト１０２に張力を与える手段と
して、第１の腕１ａと１ｂのなす角度が１８０度となる
位置で、第１の腕１ａと１ｂとを角度を保って固定し、
この位置で張力印加機構を第１の腕１ｂに取付けてベル
ト１０２に張力を印加し、所定の張力をかけた後には張
力印加機構を外し、搬送装置稼動時には張力印加機構を
第１の腕１ｂから取り去った。

【００２０】

【発明の実施の形態】図６，図７は、本発明の一実施例
の搬送装置の要部横断面図である。図６(ａ)は第１の腕
１ａと１ｂが一直線に配置された状態、つまり死点位置
を表し、第１の腕１ａと１ｂは、回転自在な軸受け６ａ
と６ｂを介して第２の腕２ａ（図示せず）と第２の腕２
ｂ（図示せず）とに連結されている。第１の腕１ａと結
合されたプーリ１０１と、第２の腕２ｂに結合されたプ
ーリ１０３との間にはベルト１０２がかけられ、ベルト
１０２はプーリ１０１とプーリ１０３の円周面にそれぞ
れ約半周ほど巻かれ、固定部材１０４と１０５でそれぞ
れのプーリに固定されている。

【００２１】この図では、ベルト１０２は一本しか示し
ていないが、プーリ１０１とプーリ１０３の中心を結ぶ
線と対称に、プーリの高さ方向を変えてもう一本のベル
トが配置されている。プーリへの巻き付け方や固定方法
は同じである。図中のＬ０はプーリ１０１とベルト１０
２の接線部から、プーリ１０３とベルト１０２の接線部
までの距離を示している。プーリ１０１は真円である
が、プーリ１０３は真円の形状をしていない。この形状
については後に詳述する。

【００２２】図６（ｂ）は第１の腕１ａと１ｂを腕を伸
ばす方向に回転した状態を表した図である。第１の腕１
ａと第１の腕１ｂが図６（ａ）で述べた死点位置よりθ
１回転すると、第１の腕１ａと結合されたプーリ１０１
はθ１の２倍回転する。そしてプーリ１０３は、図４で
説明した幾何学的条件によりθ１＋θ２回転する。

【００２３】Ｌ(θ１)は、角度θ１におけるプーリ１０
１とベルト１０２の接線部分と、プーリ１０３とベルト
１０２の接線部分の距離を示している。

【００２４】プーリの形状について説明する。プーリ１
０１は真円である。いまプーリ101がθ１の２倍回転し
てベルト１０２を巻き取る時、プーリ１０３はθ１＋θ
２回転してベルト１０２を巻き戻している。ベルト１０
２の張力は、図６（ａ）の死点位置で最大値となり、他
の位置では張力を弱めることがベルトの寿命を長くする
ことにとって重要である。そこで前述の巻き取り量と巻
き戻し量の関係を考えると、巻き取り量より巻き戻し量
を大きくすればよいことがわかる。図６（ｂ）では、プ
ーリ１０１のθ１の２倍回転よりも、プーリ１０３のθ
１＋θ２回転の方が大きいので、ベルト１０２は緩むこ
ととなり何も問題ないように見えるが、図６（ａ）で説
明したようにプーリ１０１とプーリ１０３の中心を結ぶ
線と対称に、もう一本ベルト１０２が配置されているた
め、そちら側のベルト１０２は巻き戻し量よりも巻き取
り量の方が大きくなり、ベルト１０２の張力がどんどん
大きくなって切断されることになる。

【００２５】さて再びプーリ１０３の形状について説明
する。プーリ１０３の巻き戻し量とプーリ１０１の巻き
取り量との差を取り、その値にＬ(θ１)の値を加え、そ
こからＬ０を引いた値が常に正の値となるように、プー
リ１０３の半径を決めればよい。図示していない側のベ
ルト１０２について述べるならば、プーリ１０１の巻き
戻し量と、プーリ１０３の巻き取り量との差を取り、以
下同様に、その値にＬ(θ１)の値を加え、そこからＬ０
を引いた値が常に正の値となるように、プーリ１０３の
半径を決めればよい。

【００２６】表１に図５で説明した腕の長さと、プーリ
１０１の直径が５８mmの場合で設計したプーリ１０３に
ついて、回転角，巻き取り量，巻き戻し量，巻き戻し量
と巻き取り量の差について、その一部を示した。また、
ここではＬ０とＬ(θ１)は、ほぼ等しいので近似的にＬ
０−Ｌ(θ１)＝０としている。この表からわかるよう
に、θ１が数度までは巻き戻し量と巻き取り量の差はほ
とんどないが、その後だんだん大きくなっていく。また
上記の腕の長さでは、θ１が６０度付近で巻き戻し量と
巻き取り量の差は２mm以内が望ましい。

【００２７】

【表１】

【００２８】次にベルト１０２に与える張力のかけ方に
ついて説明する。図７（ａ）は第１の腕１ｂの部分を示
したもので、図６と同様に片側のベルト１０２のみ示し
ている。いま第１の腕１ｂは死点位置で停止している。
この時、張力印加機構１１１を第１の腕１ｂに取付け
る。張力印加機構１１１は張力印加機構１１１のケース
にガイドされた軸１１２と、軸１１２を押すバネ１１３
からなっている。張力印加機構１１１を第１の腕１ｂに
取付けると、軸１１２は固定部材１０４を押し、その力
はベルト１０２にかける張力となるようにバネ１１３を
調整しておく。これにより所定の張力がベルト１０２に
かかったならば、固定部材１０４をプーリ１０１に固定
する。そして張力印加機構１１１を第１の腕１ｂから取
外し、搬送装置を稼動させる。

【００２９】ベルト１０２に与える張力のかけ方につい
ての他の実施例を図７(ｂ)に示す。本実施例はエアシリ
ンダ１１４を用いた張力印加機構である。図７（ａ）の
バネ１１３の替わりにエアシリンダ１１４で力を発生さ
せる。エアシリンダ１１４には電磁弁１１５，圧力調整
器１１６，圧力計１１７が配管１１９で圧空源１１８に
つながっている。張力をかける力の調整は圧力調整器１
１６で行う。所定の張力をベルト１０２にかけたなら
ば、その後は図７（ａ）と同じである。

【００３０】以上、今までプーリ間の力の伝達を、ベル
ト１０２を用いて行う例を説明してきたが、これがワイ
ヤであっても何ら問題ないことは言うまでもない。

【００３１】

【発明の効果】以上述べてきた搬送装置を用いることに
よって、死点脱出機構のベルトの寿命が長くなり、信頼
性が向上することによりメンテナンスの期間を長くする
ことができた。

【００３２】そして、ベルトの張力印加機構を腕の中に
組み込む必要がなくなったため、コストが安くなり、ま
た腕の重量が軽くなることおよび慣性モーメントが小さ
くなって駆動モータの出力を小さくすることができたた
めコストが削減された。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例の搬送装置の斜視図。

【図２】従来例の搬送装置の上面図。

【図３】従来例の搬送装置の縦断面図。

【図４】搬送装置の構成のモデル図。

【図５】図４のモデル図の腕の回転角を計算したグラ
フ。

【図６】本発明の一実施例のプーリの形状の説明図。

【図７】本発明の一実施例のベルトへの張力印加手段の
説明図。

【符号の説明】

１…第１の腕、２…第２の腕、３…キャリア、４…ウェ
ハカセット、５…軸心、６…軸受、７…関節機構、８…
直進方向、９…回転方向、１０…上下方向、１１…第１
の腕の回転方向、１２…第２の腕の回転方向、１３…駆
動軸、１４…歯車、１５…歯車、１６…駆動モータ、１
７…Ｚ軸駆動モータ、１８…ボールネジ軸、１９…ボー
ルネジナット、２０…直進ガイド、１０１…プーリ、１
０２…ベルト、１０３…プーリ、１０４…固定部材、１
０５…固定部材、１１１…張力印加機構、１１２…軸、
１１３…バネ、１１４…エアシリンダ、１１５…電磁
弁、１１６…圧力調整期、１１７…圧力計、１１８…圧
空源、１１９…配管。

フロントページの続き (72)発明者藤本勉栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者三坂賢司栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者釜谷弘直栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者杉山和一栃木県下都賀郡大平町富田709番地の２株式会社日立栃木エレクトロニクス内Ｆターム(参考） 3F060 AA01 AA07 BA00 DA10 EB12 EC12 GA05 GB02 5F031 BB01 CC04 CC12 CC13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二軸の駆動軸を同軸に配し、各々駆動軸の
同一側の一端には軸を回転させるための駆動系を持ち、
駆動軸の他端には軸と結合して駆動可能な第１の腕と第
２の腕、第１の腕の他端には第１の腕に対して駆動軸と
直角をなす平面で回転自在な構成からなる第３の腕を結
合させ、また第２の腕の他端には第２の腕に対して駆動
軸と直角をなす平面で回転自在な構成からなる第４の腕
を結合させ、そして第３の腕と第４の腕の他端には第２
の腕と第３の腕の開き角を同一にする機構を具備する関
節と、各々関節の回転中心軸で支持された被搬送物を載
置するキャリアを有し、前記第１の腕に固定した第１プ
ーリと前記第３の腕の駆動軸に結合した第２プーリとを
具備し、第１プーリと第２プーリを結合して回転力を伝
える部材を有し、前記第１の腕と前記第２の腕のなす角
度が１８０度となる位置での死点からの脱出機構を有す
る搬送装置において、前記プーリを結合する部材にかけ
た張力が死点位置で最大となり、死点位置以外では張力
を減少させる手段を設けたことを特徴とする搬送装置。
【請求項２】請求項１に記載された搬送装置において、
プーリを結合する部材を第１および第２プーリに巻き付
け、この時、巻き付け方向を第１プーリが部材を巻き取
る時は第２プーリは部材を巻き戻し、第１プーリが部材
を巻き戻す時は第２プーリは部材を巻き取るように設定
し、プーリを結合する部材が接する第１および第２プー
リ位置において、第１プーリ回転角に対する部材の巻き
取り量と、第２プーリ回転角に対する部材の巻き戻し量
とを比較した時、第２プーリの部材の巻き戻し量の方が
大きく、また第１プーリ回転角に対する部材の巻き戻す
量と、第２プーリ回転角に対する部材の巻き取る量を比
較した時、第１プーリの部材の巻き戻す量の方が大きく
なるように構成した死点からの脱出機構を設けたことを
特徴とする搬送装置。
【請求項３】半径を連続的に変化させたプーリを具備
し、プーリを結合する部材が接する第１および第２プー
リ位置において、第１プーリ回転角に対する部材の巻き
取り量と、第２プーリ回転角に対する部材の巻き戻し量
とを比較した時、第２プーリの部材の巻き戻し量の方が
大きく、また第１プーリ回転角に対する部材の巻き戻す
量と、第２プーリ回転角に対する部材の巻き取る量を比
較した時、第１プーリの部材の巻き戻す量の方が大きく
なるように構成したことを特徴とする請求項２に記載の
搬送装置。
【請求項４】第１プーリおよび第２プーリの少なくとも
どちらか一方のプーリの形状が真円ではないプーリを具
備し、プーリを結合する部材が接する第１および第２プ
ーリ位置において、第１プーリ回転角に対する部材の巻
き取り量と、第２プーリ回転角に対する部材の巻き戻し
量とを比較した時、第２プーリの部材の巻き戻し量の方
が大きく、また第１プーリ回転角に対する部材の巻き戻
す量と、第２プーリ回転角に対する部材の巻き取る量を
比較した時、第１プーリの部材の巻き戻す量の方が大き
くなるように構成したことを特徴とする請求項２に記載
の搬送装置。
【請求項５】請求項１に記載された搬送装置において、
張力印加機構を第１の腕に取付けて第１プーリと第２プ
ーリを結合して回転力を伝える部材に張力を印加し、所
定の張力をかけた後には張力印加機構を取り去り、搬送
装置稼動時には張力印加機構が第１の腕から取り去られ
ていることを特徴とする搬送装置。
【請求項６】第１の腕と第２の腕のなす角度が１８０度
となる位置で第１の腕と第２の腕を角度を保って固定
し、この位置で張力印加機構を第１の腕に取付けて第１
プーリと第２プーリを結合して回転力を伝える部材に張
力を印加するように構成したことを特徴とする請求項５
に記載の搬送装置。