JP2001269890A - 搬送ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アーム22先端部にハンド24の基端部が支持軸
23を介して揺動可能に支持された関節部J2を有し、その
関節部J2がシールされて密閉構造とされている真空用搬
送ロボット8において、支持軸23が下端部にてアーム22
先端部に片持ち状態で支持されている場合に、ハンド24
の高負荷による曲げモーメントが加わって支持軸23が撓
んだとしても、アーム22と支持軸23との間の間隙の増大
変化を吸収し、関節部J2のシール性の確保や磁気シール
の磁性流体の流出を防止する。 【解決手段】 支持軸23を下端部にてアーム22の軸受部
27にクロスローラ型軸受28を介して揺動可能に支持し、
支持軸23の上半部とアーム22の軸受部27との間に、磁気
シール35とラジアル軸受34，34とを備えてなる磁気シー
ルユニット31を弾性シール材37，37，38，38を介して装
着する。支持軸23が撓んで支持軸23又はアーム22の軸受
部27と磁気シールユニット31との間の間隙が変化したと
しても、その間隙の増大変化を弾性シール材37，37，3
8，38により吸収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空チャンバやク
リーンルーム等内で用いられる関節型搬送ロボットに関
する技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、真空チャンバ内で用いられる関
節型の搬送ロボットにおいては、そのアームやハンドを
駆動するためのギヤ、チェーン、ベルト等の駆動機構か
らの発塵が真空チャンバに漏れ出ないようにする必要が
あり、その１つの手段として、ロボット内部を真空チャ
ンバと同じ真空状態とすることで、ロボット内外の圧力
差をなくしてロボット内の発塵が外部の真空チャンバに
出ないようにする方法がある。しかし、この場合、駆動
機構がロボット内で真空状態に晒されるので、その耐久
性や信頼性が不十分となるのは避けられない。

【０００３】そこで、駆動機構が収容されるロボット内
部を真空チャンバ外と同じ大気圧とした上で、アーム同
士やアームとハンドとの関節部をシールして密閉構造と
することにより、ロボット内部の駆動機構からの発塵が
真空チャンバに漏れ出るのを防ぐようにする対策が知ら
れている。

【０００４】このような関節部では、例えばアーム等の
支持部材先端に例えばハンド等の揺動部材が支持軸（関
節軸）を介して揺動可能に支持されており、この関節部
の密閉シール構造として、従来、例えば特開平５―１９
３７４１号や特開平１０―２０９２４４号の各公報等に
示されるように、支持軸をその一端部にて複数のローラ
ベアリング（又は１つのクロスローラ型ベアリング）に
より支持部材に支持する一方、他端側と支持部材との間
に磁気シール等のシール部材を介在させて、このシール
部材によりロボットの内部空間をロボット外に気密シー
ルすることが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記提案の
ものでは、支持軸が一端部のみの片持ち状態で支持部材
に支持されているので、ハンド等の揺動部材が受ける負
荷により支持軸に曲げモーメントが作用する。そして、
この揺動部材の負荷が大きくて支持軸の曲げモーメント
が増大すると、支持軸が撓んで支持軸又は支持部材とシ
ール部材との間の間隙が変化し、この間隙が例えば６μ
ｍ程度に広がると、ロボット内外の圧力差が加わってシ
ール不良が生じたり、シール部材が磁気シールである場
合にはその磁性流体が流出したりする等の虞れがある。

【０００６】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、上記のように支持部材に揺動部材が
支持軸を介して揺動可能に支持された関節部を持つ搬送
ロボットに対し、その関節部のシール構造に改良を加え
ることにより、揺動部材の高負荷により大きな曲げモー
メントが加わって支持軸が撓んだときでも、その支持軸
の撓みによる間隙の増大変化を吸収するようにして、関
節部のシール性の確保や磁気シールである場合の磁性流
体の流出等を有効に防止することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的の達成のた
め、この発明では、シール手段として、磁気シールとラ
ジアル軸受とを備えてなる磁気シールユニットを用い、
その磁気シールユニットを支持軸と支持部材との間に弾
性シール材を介して配置することで、支持軸の撓みによ
る間隙の増大変化を弾性シール材により吸収するように
した。

【０００８】具体的には、請求項１の発明では、支持部
材に揺動部材が支持軸（関節軸）を介して揺動可能に支
持された関節部を有し、その関節部がシールされて密閉
構造とされている搬送ロボットであって、上記支持軸が
少なくとも一端部にて支持部材に対し軸受を介して揺動
可能に支持されており、この軸受の位置とは異なる位置
の支持軸と支持部材との間に、磁気シールとラジアル軸
受とを備えてなる磁気シールユニットが弾性シール材を
介して装着されていることを特徴とする。

【０００９】上記の構成により、支持軸と支持部材との
間に磁気シールユニットが装着されているので、揺動部
材の揺動と共に支持軸が揺動するときに、磁気シールユ
ニットにおける磁気シールによりロボット内外の間がシ
ールされる。

【００１０】また、上記磁気シールユニットは支持軸と
支持部材との間に弾性シール材を介して装着されている
ので、揺動部材の負荷による曲げモーメントにより支持
軸が撓んで支持軸又は支持部材と磁気シールユニットと
の間の間隙が変化したとしても、その間隙の増大変化は
弾性シール材の弾性変形により吸収される。このため、
たとえロボット内外の圧力差があってもシール不良が生
じることはなく、磁気シールユニットの磁性流体が流出
するのも防止することができる。

【００１１】請求項２の発明では、支持軸は一端部のみ
にてクロスローラ型軸受により支持部材に支持され、支
持軸の他端側と支持部材との間に磁気シールユニットが
設けられている構成とする。この構成でも、上記請求項
１の発明と同様の作用効果を奏することができる。

【００１２】請求項３の発明では、磁気シールユニット
の内面側又は外面側の一方に１対の弾性シール材が軸方
向に間隔をあけて設けられている一方、他方に少なくと
も１つの弾性シール材が設けられている構成とする。こ
うすると、弾性シール材の望ましい配置レイアウトが得
られる。

【００１３】請求項４の発明では、搬送ロボットは真空
チャンバ内に設置されているものとする。このことで、
本発明の効果が有効に発揮される最適な搬送ロボットが
得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図３において、１は図示しない基
板に対し蒸着処理等の成膜処理を行うための処理チャン
バ、２は該処理チャンバ１に隣接して設置された真空チ
ャンバであって、両チャンバ１，２は各々の側壁の開口
に連通する連通部３を介して接続されており、この連通
部３は真空ゲート弁４により開閉される。上記真空チャ
ンバ２内には、多数枚の基板を載置支持するカセット
（図示せず）を収容するための多段の棚からなるストッ
カ６と、基板を成膜処理するために、このストッカ６の
各棚からカセットを取り出して上記連通部３を経て処理
チャンバ１に搬入し、或いは基板の成膜処理の後に処理
チャンバ１からカセットを取り出してストッカ６の棚に
戻す搬送動作を行う本発明の実施形態に係る真空用搬送
ロボット８とが設置されている。

【００１５】上記真空チャンバ２の下部には他の部分と
同様に真空状態に保たれる駆動部収容室５が区画形成さ
れ、この駆動部収容室５には上記搬送ロボット８の基部
９と、この基部９を後述するアーム２０，２２及びハン
ド２４と共に棒ねじ１５の回転を介して昇降移動する正
逆転可能な昇降モータ１４を有する昇降駆動機構１６と
が収容されている。

【００１６】上記基部９には駆動部収容室５の上壁を貫
通して真空チャンバ２内に突出する上下方向の円筒状の
支持軸としての外側駆動軸１０と、その内部に同心に配
置支持された内側駆動軸（図示せず）とがそれぞれ独立
して揺動可能に設けられ、外側駆動軸１０は正逆転可能
な第１揺動モータ１１により、また内側駆動軸は同様の
第２揺動モータ１２によりそれぞれ歯付ベルト伝動機構
（図示せず）を介して駆動されて揺動する。尚、上記基
部９の各モータ１１，１２と駆動軸１０との間の伝動機
構（図示せず）や上記昇降駆動機構１６は密閉ハウジン
グ１７により、また外側駆動軸１０の周りはベローズ１
８によりそれぞれ外部の空間（駆動部収容室５）から気
密状に区画されており、これらハウジング１７及びベロ
ーズ１８の内部空間は大気圧とされている。

【００１７】上記外側駆動軸１０の上端部には、内部に
空洞を有する角筒状の第１アーム２０の基端部が揺動一
体に取付固定され、この第１アーム２０の先端部にはそ
の上面から突出する円筒状の第１支持軸２１が揺動可能
に支持され、この第１支持軸２１の上端部には第１アー
ム２０と同様の筒構造の第２アーム２２の基端部が揺動
一体に取付固定されている。また、この第２アーム２２
の先端部にはその上面から突出する第２支持軸２３が揺
動可能に支持され、この第２支持軸２３の上端部には上
記各カセットを係止状態で載置支持するハンド２４が揺
動一体に取付固定されている。

【００１８】そして、上記第１アーム２０の基端部内に
位置する内側駆動軸上端部と、第１アーム２０の先端部
内に位置する第１支持軸２１下端部とは図外のチェーン
伝動機構を介して駆動連結されている。また、第１支持
軸２１内には上下方向に同心に延びる中間軸（図示せ
ず）が相対回転可能に支持され、この中間軸の上端部は
第２アーム２２の基端部内に位置し、この中間軸上端部
と、第２アーム２２の先端部内に位置する第２支持軸２
３下端部とは同様の図外のチェーン伝動機構を介して駆
動連結されており、昇降モータ１４により基部９、第１
及び第２アーム２０，２２並びにハンド２４を昇降させ
る一方、第１揺動モータ１１により外側駆動軸１０を介
して第１及び第２アーム２０，２２及びハンド２４を外
側駆動軸１０回りに、また第２揺動モータ１２により内
側駆動軸、支持軸２１，２３及びチェーン伝動機構を介
して第２アーム２２及びハンド２４を第１支持軸２１回
りにそれぞれ揺動させるようにしている。

【００１９】上記第１及び第２アーム２０，２２の各内
部は大気圧に保たれており、このアーム２０，２２内の
大気圧空間と真空チャンバ２内の真空空間とを遮断する
ために、第１アーム２０の先端部に第２アーム２２の基
端部が第１支持軸２１を介して揺動可能に支持されてい
る、第１及び第２アーム２０，２２間の関節部Ｊ１と、
第２アーム２２の先端部にハンド２４の基端部が第２支
持軸２３を介して揺動可能に支持されている、第２アー
ム２２及びハンド２４間の関節部Ｊ２とはいずれもシー
ルされて密閉構造とされている。

【００２０】上記２つの関節部Ｊ１，Ｊ２の構造はいず
れも同じであるので、ここでは後者の第２アーム２２及
びハンド２４間の関節部Ｊ２について説明する。すなわ
ち、図１及び図２に示すように、第２アーム２２の先端
部上面は開口されて、この開口には上下方向の軸心を有
する円筒状の軸受部２７が嵌合され、この軸受部２７は
上端部にて第２アーム２２の上壁に気密状に取付固定さ
れている。軸受部２７内には上記第２支持軸２３が嵌挿
され、この第２支持軸２３は下端部にて第１アーム２０
の軸受部２７に対しクロスローラ型軸受２８を介して揺
動可能に支持されている。上記クロスローラ型軸受２８
は、インナ及びアウタレース２８ａ，２８ｂ間に回転中
心が両レース２８ａ，２８ｂの対向方向に対し鉛直面内
で対称に例えば４５°だけ両側に傾いた２種類のローラ
２８ｃ，２８ｃ，…を周方向に交互に配置したものであ
り、ラジアル方向及びスラスト方向の荷重とモーメント
荷重とを１つの軸受により受け得るようになっている。

【００２１】一方、上記クロスローラ型軸受２８の位置
とは異なる位置である第２支持軸２３の上端側、つまり
上下中間部の外周面と軸受部２７内周面の上半部との間
には磁気シールユニット３１が２対の弾性シール材３
７，３７，３８，３８を介して装着されている。この磁
気シールユニット３１は、円筒状の外筒部材３２と、こ
の外筒部材３２内に同心に配置された内筒部材３３とを
備えていて、両部材３２，３３間の両端部に１対のラジ
アル軸受３４，３４を、また両ラジアル軸受３４，３４
間の中間部に磁気シール３５をそれぞれ配置したもので
あり、その磁気シール３５により第２アーム２２の内外
の空間を遮断している。

【００２２】具体的には、軸受部２７の上半部内周面に
は他の部分よりも大径の大径部２７ａが、また第２支持
軸２３の上半部外周面には他の部分よりも小径の小径部
２３ａがそれぞれ段差状に形成され、これら大径部２７
ａ及び小径部２３ａの間に磁気シールユニット３１が外
筒部材３２を大径部２７ａに、また内筒部材３３を小径
部２３ａにそれぞれ嵌合した状態で装着されている。

【００２３】そして、例えば上記磁気シールユニット３
１の内筒部材３３は第２支持軸２３の小径部２３ａに密
嵌合されているが、外筒部材３２は軸受部２７の大径部
２７ａに上記内筒部材３３と小径部２３ａとの間の隙間
よりも大きい隙間をあけて嵌合されている（尚、逆に、
磁気シールユニット３１の外筒部材３２を軸受部２７の
大径部２７ａに密嵌合し、内筒部材３３を第２支持軸２
３の小径部２３ａに外筒部材３２と大径部２７ａとの間
の隙間よりも大きい隙間をあけて嵌合してもよい）。

【００２４】上記各弾性シール材３７，３８はいずれも
Ｏリングからなるもので、上記磁気シールユニット３１
の内面側及び外面側の双方、つまり磁気シールユニット
３１の内筒部材３３内周面と第２支持軸２３の小径部２
３ａ外周面との間、及び外筒部材３２外周面と軸受部２
７の大径部２７ａ内周面との間にそれぞれ軸方向（上下
方向）に所定の間隔をあけて１対ずつ設けられている。

【００２５】図１及び図２中、４０は第２支持軸２３の
下端部に回転一体に固定されているスプロケットで、上
記チェーン伝動機構の一部をなしている。また、４２は
磁気シールユニット３１の外筒部材３２を軸受部２７に
回り止めするためのピン、４３は同じく磁気シールユニ
ット３１の内筒部材３３を第２支持軸２３に回り止めす
るためのムシねじである。

【００２６】また、図示しないが、上記クロスローラ型
軸受２８及び磁気シールユニット３１のシール構造は、
上記のようにアーム２０，２２間の関節部Ｊ１と第２ア
ーム２２及びハンド２４間の関節部Ｊ２との他、基部９
における外側駆動軸１０周りの関節部にも用いられてい
る。

【００２７】したがって、この実施形態においては、第
１及び第２アーム２０，２２間の関節部Ｊ１における第
１支持軸２１と第２アーム２２先端の軸受部２７との
間、並びに第２アーム２２及びハンド２４間の関節部Ｊ
２における第２支持軸２３と第２アーム２２先端の軸受
部２７との間にそれぞれ磁気シールユニット３１が装着
されているので、第２アーム２２及びハンド２４の揺動
と共にそれぞれ第１及び第２支持軸２１，２３が揺動す
るときに、各磁気シールユニット３１における磁気シー
ル３５によりアーム２０，２２内の空間が外部に対し遮
断シールされる。このことで、アーム２０，２２内のチ
ェーン伝動機構からの発塵がアーム２０，２２外の真空
チャンバ２内に漏れ出るのを防止することができる。

【００２８】また、上記各磁気シールユニット３１は支
持軸２１，２３の外周面と軸受部２７の内周面との間に
それぞれ１対の弾性シール材３７，３７，３８，３８を
介して装着されているので、例えば第２アーム２２及び
ハンド２４間の関節部Ｊ２で説明すると、そのハンド２
４の負荷による曲げモーメントにより第２支持軸２３が
撓んで、その支持軸２３の小径部２３ａ外周面と磁気シ
ールユニット３１の内筒部材３３内周面との間の間隙、
又は軸受部２７の大径部２７ａ内周面と磁気シールユニ
ット３１の外筒部材３２外周面との間の間隙が変化した
としても、その間隙の増大変化を上記弾性シール材３
７，３７，３８，３８の変形により吸収することができ
る。このため、たとえアーム２０，２２の内外で大気圧
及び真空の間の圧力差があったとしても、アーム２０，
２２内外のシール不良が生じることはなく、このシール
不良により磁気シールユニット３１における磁気シール
３５の磁性流体が真空チャンバ２に流出するのを防止す
ることができる。

【００２９】尚、上記実施形態では、各支持軸２１，２
３を下端部のみにてアーム２０，２２の軸受部２７に１
つのクロスローラ型軸受２８により支持しているが、上
下の複数箇所でクロスローラ型軸受２８以外の通常の軸
受を用いて支持するようにしてもよく、上記実施形態と
同様の作用効果が得られる。

【００３０】また、上記実施形態では、磁気シールユニ
ット３１の内外面の双方にそれぞれ１対の弾性シール材
３７，３７，３８，３８を配置しているが、磁気シール
ユニット３１の内面側又は外面側の一方、つまり磁気シ
ールユニット３１の内筒部材３３内周面と支持軸２３外
周面との間の間隙又は磁気シールユニット３１の外筒部
材３２外周面と軸受部２７内周面との間の間隙のうちの
大きい側（上記実施形態の構造では、後者の磁気シール
ユニット３１の外筒部材３２外周面と軸受部２７内周面
との間の間隙）に軸方向に間隔をあけて１対の弾性シー
ル材３８，３８を設け、他方、つまり上記間隙のうちの
小さい側（同じく、前者の磁気シールユニット３１の内
筒部材３３内周面と支持軸２３外周面との間の間隙）に
は１つの弾性シール材３７を設けてもよい。こうする
と、弾性シール材３７，３８の必要数を少なくしてコス
トダウンを図りながら、支持軸２１，２３の撓みによる
間隙の増大変化を弾性シール材３７，３８により吸収し
てシール性の確保を図ることができる。

【００３１】さらに、上記実施形態では、ハンド２４や
第２アーム２２が支持軸２１，２３と直交する方向に延
びている搬送ロボット８に適用しているが、本発明は、
ハンドやアームが支持軸と平行に延びていて支持軸回り
の揺動により捩り動作をする搬送ロボットに対しても適
用することができる。

【００３２】また、本発明は、上記実施形態の如き真空
用搬送ロボット８の他、クリーンルームで使用されるク
リーンルーム用の搬送ロボットにも適用することができ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上説明した如く、請求項１の発明で
は、支持部材と、その支持部材に支持軸を介して揺動可
能に支持された揺動部材とを有する関節部がシールされ
て密閉構造とされている搬送ロボットに対し、支持軸を
少なくとも一端部にて支持部材に軸受を介して揺動可能
に支持し、この軸受位置とは異なる位置の支持軸と支持
部材との間に、磁気シールとラジアル軸受とを備えてな
る磁気シールユニットを弾性シール材を介して装着し
た。また、請求項２の発明では、支持軸を一端部のみに
てクロスローラ型軸受により支持部材に支持し、支持軸
の他端側と支持部材との間に磁気シールユニットを設け
た。これらの発明によれば、支持軸の揺動に伴うシール
を磁気シールユニットにおける磁気シールにより行いつ
つ、揺動部材の負荷により支持軸が撓んで支持軸又は支
持部材と磁気シールユニットとの間の間隙が変化したと
しても、その間隙の増大変化を弾性シール材により吸収
して、ロボット内外のシール性の確保及び磁気シールユ
ニットの磁性流体の流出の防止を図ることができる。

【００３４】請求項３の発明によると、磁気シールユニ
ットの内面側又は外面側の一方に１対の弾性シール材を
軸方向に間隔をあけて設ける一方、他方に少なくとも１
つの弾性シール材を設けたことにより、弾性シール材の
望ましい配置レイアウトが得られる。

【００３５】請求項４の発明によると、搬送ロボットは
真空チャンバ内に設置されているものとしたことによ
り、本発明の効果が有効に発揮される最適な搬送ロボッ
トが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る搬送ロボットの関節部
を拡大して示す断面図である。

【図２】搬送ロボットのアーム及びハンドを示す断面図
である。

【図３】搬送ロボットの設置箇所を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 処理チャンバ ２ 真空チャンバ ８ 真空用搬送ロボット ９ 基部（支持部材） １０ 外側駆動軸（支持軸） ２０ 第１アーム（揺動部材、支持部材） ２１ 第１支持軸 ２２ 第２アーム（揺動部材、支持部材） ２３ 第２支持軸 ２４ ハンド（揺動部材） ２７ 軸受部 ２８ クロスローラ型軸受 ３１ 磁気シールユニット ３４ ラジアル軸受 ３５ 磁気シール ３７，３８ 弾性シール材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持部材に揺動部材が支持軸を介して揺
   動可能に支持された関節部を有し、該関節部がシールさ
   れて密閉構造とされている搬送ロボットであって、 上記支持軸が少なくとも一端部にて支持部材に対し軸受
   を介して揺動可能に支持されており、 上記軸受の位置とは異なる位置の支持軸と支持部材との
   間に、磁気シールとラジアル軸受とを備えてなる磁気シ
   ールユニットが弾性シール材を介して装着されているこ
   とを特徴とする搬送ロボット。
2. 【請求項２】 請求項１の搬送ロボットにおいて、 支持軸は一端部のみにてクロスローラ型軸受により支持
   部材に支持され、 支持軸の他端側と支持部材との間に磁気シールユニット
   が設けられていることを特徴とする搬送ロボット。
3. 【請求項３】 請求項１又は２の搬送ロボットにおい
   て、 磁気シールユニットの内面側又は外面側の一方に１対の
   弾性シール材が軸方向に間隔をあけて設けられている一
   方、他方に少なくとも１つの弾性シール材が設けられて
   いることを特徴とする搬送ロボット。
4. 【請求項４】 真空チャンバ内に設置されていることを
   特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの搬送ロボッ
   ト。