JP2003062786A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型の基板を搬送するために十分な剛性を有
し、かつ、なるべく小さなカセットに基板を出し入れす
ることができるロボットハンドを提供する。 【解決手段】 たわみを生じる基板を搬送するためのロ
ボットハンドであって、一端が搬送装置に固定された根
本部１と、根本部の他端に固定され、一方の面の所定の
位置において基板を支持するためのハンド部であって、
基板のたわみを避けるために湾曲した断面形状を有する
ハンド部１４とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置やカ
ラーフィルタ等の製造工程において、液晶基板や透明基
板等の基板を搬送するために用いられるロボットハンド
に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置やカラーフィルタ等の製造
工程においては、液晶基板や透明基板等の基板を加工す
る際に、ロボットハンドを用いて基板を搬送することが
行われている。

【０００３】例えば、カラーフィルタの製造において
は、ガラス等の透明基板の上にクロム膜が形成され、そ
の上にフォトレジストを塗布して露光・現像し、クロム
膜を所定のパターンにエッチングすることによりブラッ
ク遮光層が形成される。さらに、ブラック遮光層の上に
着色用感剤を塗布し、フォトマスクを用いて露光・現像
することにより、ＲＧＢ各色の着色層が形成される。着
色層の上には、透明電極層が形成される。

【０００４】自動化されたカラーフィルタの製造ライン
においては、ロボットハンドを有する搬送用ロボットに
よって、多数の透明基板を収納するカセットから透明基
板が順次取り出され、作業場所に搬送される。その作業
場所における作業が終了すると、透明基板は再びカセッ
トに収納され、次の作業場所に移動される。

【０００５】図７の（ａ）は、従来のロボットハンドを
示す平面図であり、図７の（ｂ）は、従来のロボットハ
ンドを示す側面図である。搬送用ロボットに固定された
ロボット手首部１０１に、ハンド部を構成する２本のフ
ォーク部１０２が平行して配設されている。これらのフ
ォーク部１０２は、図７の（ａ）に示すように、ほぼ中
央において連結部材１０３により連結されても良い。そ
の場合には、２本のフォーク部１０２と連結部材１０３
とによってハンド部が構成される。ハンド部は、基板１
０４を載置して搬送するために用いられる。フォーク部
１０２の上面には吸着パッドが設けられていて、基板１
０４を吸着パッドによって吸着保持した状態で搬送する
ことができる。

【０００６】図７の（ｂ）において、２点鎖線は、２本
のフォーク部１０２’によって基板１０４’を持ち上げ
た状態を示している。カセット１０５の両壁には複数の
棚１０６が所定の間隔で配置されており、左右１対の棚
１０６により１枚の基板１０４が保持される。ロボット
ハンドのハンド部を基板の下に挿入し、基板を上方に持
ち上げることにより、基板が取り出されて、作業場所に
搬送される。作業終了後において、基板は、再びハンド
部に支持されてカセットの棚１０６に収納される。

【０００７】ここで、カセットの棚１０６の最小間隔
（限界ピッチ）は、基板のたわみと、ロボットハンドの
ハンド部の厚み、たわみ、振動等を考慮して決定され
る。処理効率の点から、カセットの棚の限界ピッチを小
さくして、より多くの基板を１つのカセットに収納する
ことが望ましい。ロボットハンドのハンド部の厚みを薄
くすることにより、この限界ピッチを小さくすることが
できるが、単純にハンド部の厚みを薄くしたのでは、ハ
ンド部の剛性が低下してハンド部のたわみが大きくなっ
たり、安全に基板を搬送することができなくなったりす
る。

【０００８】近年においては、基板が大型化しており、
大型の基板は重量が大きいので、ハンド部には従来より
も高い剛性が要求される。また、大型の基板はたわみも
大きいので、カセットの棚の限界ピッチを大きくせざる
を得ない。例えば、図７において、基板サイズが７５０
ｍｍ×９５０ｍｍ、基板の厚さが０．７ｍｍである場合
には、基板のたわみは１０ｍｍ〜１５ｍｍとなる。ま
た、フォーク部の厚さを１０ｍｍ以下とすると、フォー
ク部のたわみは１０ｍｍ〜１５ｍｍ、フォーク部の振動
は４ｍｍ程度となるので、カセットの棚の限界ピッチと
して４０ｍｍ前後が必要である。

【０００９】ところで、日本国特許出願公開（特開）平
１０−１４６７８４号公報には、基板の外周に対向して
配設される一対の支持アームと、これらの支持アーム上
に回動自在に装着された複数の真空吸着部材とを備え、
基板の周縁下面を真空吸着部材により保持する基板搬送
用ロボットハンドが掲載されている。この基板搬送用ロ
ボットハンドによれば、基板にたわみが生じても安全に
基板を搬送することができるが、支持アームが基板より
も一回り大きくなるので、小さなカセットに基板を出し
入れすることは困難である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで、上記の点に鑑
み、本発明は、大型の基板を搬送するために十分な剛性
を有し、かつ、なるべく小さなカセットに基板を出し入
れすることができるロボットハンドを提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記課題を
解決するため、本発明に係るロボットハンドは、たわみ
を生じる基板を搬送するためのロボットハンドであっ
て、一端が搬送装置に固定された根本部と、根本部の他
端に固定され、一方の面の所定の位置において基板を支
持するためのハンド部であって、基板のたわみを避ける
ために湾曲した断面形状を有するハンド部とを具備す
る。

【００１２】以上のように構成した本発明に係るロボッ
トハンドによれば、所定の位置において基板を支持する
ハンド部が、基板のたわみを避けるために湾曲した断面
形状を有しているので、カセットの棚の限界ピッチを小
さくすることができる。

【００１３】本発明に係るロボットハンドにおいて、ハ
ンド部が、根本部から所定の面に沿って張り出したセン
ターフレーム部と、センターフレーム部の両側に形成さ
れ、平均厚みが前記センターフレーム部よりも小さく、
基板を支持するための第１のサイドフレーム部及び第２
のサイドフレーム部とを含むようにしても良い。このよ
うに構成することにより、ハンド部において、センター
フレーム部の厚さを保ちながらサイドフレーム部の厚さ
を薄くすることにより、ハンド部に十分な剛性を付与す
ることができる。

【００１４】また、第１のサイドフレーム部が、所定の
面と＋α°の角度をなし（０＜α＜１０）、第２のサイ
ドフレーム部が、所定の面と−α°の角度をなすように
しても良い。このように構成することにより、ハンド部
が基板のたわみを避けるための湾曲した断面形状を呈す
るので、カセットの棚の限界ピッチを小さくすることが
できる。

【００１５】さらに、センターフレーム部と、第１及び
第２のサイドフレーム部の主要部とが、一体構造となっ
ていても良い。このように構成することにより、ハンド
部に高い剛性を付与することができる。

【００１６】本発明に係るロボットハンドにおいて、第
１及び第２のサイドフレーム部の各々が、一方の面の所
定の位置に基板を吸着保持するための吸着機構を備えて
いても良い。このように構成することにより、基板の搬
送中、基板を安全に保持することができる。

【００１７】また、ハンド部の先端の厚さを、ハンド部
の根本の厚さより薄くしても良い。ハンド部の先端の厚
さを薄くすれば、基板の下にハンド部を挿入しやすく、
基板の出し入れ等の作業性が良好になり、搬送速度の高
速化を図ることができる。

【００１８】さらに、ハンド部が、アルミニウム、繊維
強化プラスチック（ＦＲＰ）、炭素繊維強化プラスチッ
ク（ＣＦＲＰ）の内の１つを含むようにしても良い。そ
の場合には、ハンド部に十分な剛性を付与することがで
きる。従って、ハンド部のたわみと振動を低減し、さら
に、ロボットハンドの振動が小さくなることにより搬送
速度の高速化を図ることが可能である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明の実施形態について説明する。なお、同一の構成
要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。図１
の（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るロボットハ
ンドを示す平面図であり、図１の（ｂ）は、本発明の第
１の実施形態に係るロボットハンドを示す正面図であ
る。

【００２０】図１の（ａ）に示すように、本実施形態に
係るロボットハンドは、一端が搬送用ロボット等の搬送
装置に固定されたロボット手首部（根本部）１と、ロボ
ット手首部１の他端に固定されたハンド部１４とを有し
ている。ハンド部１４は、ロボット手首部１から所定の
面（通常は水平面）に沿って張り出したセンターフレー
ム部（中央部）１２と、センターフレーム部１２の両側
に形成されて基板１７を支持するための２つのサイドフ
レーム部（フィン部）１１とを含んでいる。サイドフレ
ーム部１１は、平均厚みがセンターフレーム部１２より
も小さく、サイドフレーム部１１の主要部は、センター
フレーム部１２と一体構成になっている。

【００２１】図１の（ｂ）に示すように、カセット１５
の両壁には複数の棚１６が所定のピッチで配置されてお
り、左右１対の棚１６により１枚の基板１７が保持され
る。カセット１５内の基板１７を作業場所に搬送する際
に、あるいは、作業終了後において基板１７をカセット
１５内に収納する際に、ロボットハンドが使用される。
２つのサイドフレーム部１１の上面側には、基板１７を
吸着保持するための複数個の吸着パッド１３が配置され
ている。

【００２２】ロボットハンドのハンド部１４は、基板１
７のたわみを避けるために湾曲した断面形状を有してい
る。即ち、図１の（ｂ）に示すように、一方のサイドフ
レーム部１１は、所定の面と＋α°の角度をなし、他方
のサイドフレーム部１１は、所定の面と−α°の角度を
なしている。ここで、αの値は、ハンド部１４が、吸着
パッド１３以外の位置において基板１７のたわみを避け
ることができるように決定される。一般的には、０＜α
＜１０の範囲が適しており、特に、２＜α＜６の範囲が
望ましい。また、図１の（ｂ）に示すように、サイドフ
レーム部１１はテーパーを有しており、センターフレー
ム部１２に接している部分においては厚く、センターフ
レーム部１２から離れるに従って薄くなっている。この
ようにして、ハンド部１４と上下の基板１７との間で距
離を保って接触しないようにしている。

【００２３】サイドフレーム部１１及びセンターフレー
ム部１２を含むハンド部１４は、例えば、アルミニウ
ム、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を含む繊維
強化プラスチック（ＦＲＰ）等を使用して形成すること
ができる。アルミニウムを使用する場合には、コストが
安く、加工が容易であるという利点がある。ＦＲＰを使
用した場合には、高い剛性が得られるという利点があ
る。

【００２４】本実施形態に係るロボットハンドにおいて
は、ハンド部が基板のたわみを避けるために湾曲した断
面形状を有しているので、基板にたわみが生じても、ハ
ンド部は所定の位置以外において基板に接しない。ま
た、センターフレーム部の厚さを十分に厚くすることが
できるので、ハンド部に十分な剛性を付与することがで
きる。

【００２５】例えば、図１において、基板サイズが７５
０ｍｍ×９５０ｍｍ、基板の厚さが０．７ｍｍである場
合には、基板のたわみは１０ｍｍ〜１５ｍｍとなる。こ
こで、ハンド部にアルミニウムを使用して、センターフ
レーム部の厚さを１０ｍｍとすると、フォーク部のたわ
みは２ｍｍ以下、フォーク部の振動は１ｍｍ以下となる
ので、カセットの棚の限界ピッチとして２５ｍｍ前後が
実現可能である。

【００２６】このように、ハンド部が湾曲した断面形状
を有しており、かつ、ハンド部のたわみと振動が減少す
るので、カセットの棚の限界ピッチを小さくすることが
できる。また、ロボットハンドの振動が小さくなること
により、搬送速度の高速化を図ることができる。

【００２７】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係るロボッ
トハンドの正面図である。図２に示すように、本実施形
態においては、サイドフレーム部２１とセンターフレー
ム部２２とがなだらかに連続しており、これらの境界部
分は明確には表れていない。ハンド部２４の上側は、基
板のたわみ形状に適応した凹形状を有し、ハンド部２４
の下側は、基板のたわみ形状に適応した凸形状を有して
いる。本実施形態によれば、ハンド部２４の厚みを全体
的に厚くすることができるので、さらに高い剛性を付与
することができ、大型の基板に適用しうる剛性を有する
と共に、ハンド部の振動をさらに小さくすることができ
る。また、本実施形態において、第１の実施形態と同様
に、２つのサイドフレーム部２１の上面側に、基板１７
を吸着保持するための複数個の吸着パッド１３（図示せ
ず）を配置しても良い。

【００２８】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。図３の（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係
るロボットハンドのハンド部を示す平面図であり、図３
の（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係るロボットハ
ンドのハンド部を示す側面図である。

【００２９】図３の（ａ）に示すように、本実施形態に
おいては、センターフレーム部３２の両側に、２つのサ
イドフレーム部３１が設けられている。サイドフレーム
部３１には、吸着パッド３５等を含む吸着機構３３が配
置されている。サイドフレーム部３１内に吸着パッド３
５等を格納するために、固定部材６２が、ボルト６３を
用いてサイドフレーム部３１に固定されている。図３の
（ｂ）に示すように、吸着パッド３５は、サイドフレー
ム部３１の上面から突出した形状を有しており、基板を
吸着して保持することができる。吸着パッド３５に形成
された吸着口３８は、サイドフレーム部３１内に形成さ
れた溝３６によって吸引通路３７に連結されている。

【００３０】図４の（ａ）は、図３に示すハンド部の正
面図であり、図４の（ｂ）は、図３に示すハンド部のＢ
−Ｂ’線における断面図であり、図４の（ｃ）は、図３
に示すハンド部のＣ−Ｃ’線における断面図である。

【００３１】図４の（ａ）に示すように、ハンド部は、
基板等のたわみを考慮した湾曲形状を有している。即
ち、センターフレーム部３２が最も厚い構成となってお
り、サイドフレーム部３１は、センターフレーム部分３
２から離れるに従って薄くなっている。このように、セ
ンターフレーム部の厚さを十分に厚くすることができる
ので、ロボットハンドに十分な剛性を付与することがで
き、ロボットハンドのたわみと振動を低減し、限界ピッ
チを小さくすることができる。また、ロボットハンドの
振動が小さくなるので、搬送速度を速くすることができ
る。

【００３２】さらに、図４の（ｂ）と（ｃ）に示すよう
に、ハンド部の厚さは、図４の（ｂ）に示す先端に近い
部分が、図４の（ｃ）に示す根本に近い部分よりも薄く
なっている。従って、ハンド部の全体重量を抑制しつ
つ、ロボットハンドに効率的に剛性を付与することがで
きる。

【００３３】本実施形態に係るロボットハンドに用いら
れている吸着機構について、図５を参照しながら詳しく
説明する。図５は、サイドフレーム部３１の一部の断面
を示している。サイドフレーム部３１には溝３６が形成
され、ステンレス製等のテープ６４がサイドフレーム部
３１の下面に固定されている。溝３６の開口を覆うよう
に、ベローズ６１と吸着パッド３５が取り付けられてい
る。吸着パッド３５は、ベローズ６１の伸縮に伴って移
動することができる。

【００３４】吸着パッド３５上に基板が載置されると、
ベローズ６１は、基板のたわみに追従して収縮する。ベ
ローズ６１は、それぞれの位置において異なる収縮割合
で収縮することができるので、基板が傾いて載置されて
も吸着パッド３５を基板面に密着させることが可能であ
る。吸着パッド３５上に基板が載置された後、吸引通路
から溝３６を介して真空引きを行うことにより、基板が
吸着パッド３５に吸着されて保持される。基板が吸着パ
ッド３５に吸着されて内部が負圧となると、ベローズ６
１は圧縮されて吸着パッド３５の下方の突起部が取り付
け穴底面に密着し、この状態で、基板を安定に保持す
る。吸着パッド３５は、サイドフレーム部３１の上面か
ら突出しているので、基板が載置された際にこれを傷つ
けることがない。

【００３５】次に、本発明の第４の実施形態について説
明する。図６は、本発明の第４の実施形態に係るロボッ
トハンドのハンド部を示す平面図である。第３の実施形
態（図３参照）においてはサイドフレーム部３１の外側
面が直線形状であったが、本実施形態においては、セン
ターフレーム部４２の両側に設けられた２つのサイドフ
レーム部４１の外側面が波形状を呈しており、吸着機構
３３を配置しない部分のサイドフレーム部が削られてい
る。従って、ロボットハンドの全重量をさらに軽量化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るロボットハンド
を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係るロボットハンド
を示す正面図である。

【図３】本発明の第３の実施形態に係るロボットハンド
のハンド部を示す図である。

【図４】（ａ）は図３に示すハンド部の正面図であり、
（ｂ）は図３に示すハンド部のＢ−Ｂ’線における断面
図であり、（ｃ）は図３に示すハンド部のＣ−Ｃ’線に
おける断面図である。

【図５】本発明の第３の実施形態に係るロボットハンド
に用いられている吸着機構を示す断面図である。

【図６】本発明の第４の実施形態に係るロボットハンド
のハンド部を示す図である。

【図７】従来のロボットハンドを示す図である。

【符号の説明】

１ ロボット手首部 １０ ロボットハンド １１、２１、３１、４１ サイドフレーム部 １２、２２、３２、４２ センターフレーム部 １３ 吸着パッド １４、２４ ハンド部 １５ カセット １６ 棚 １７ 基板 ３３ 吸着機構 ３５ 吸着パッド ３６ 溝部 ３７ 吸引通路 ３８ 吸着口 ６２ 固定部材 ６３ ボルト ６４ テープ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 たわみを生じる基板を搬送するためのロ
   ボットハンドであって、 一端が搬送装置に固定された根本部と、 前記根本部の他端に固定され、一方の面の所定の位置に
   おいて前記基板を支持するためのハンド部であって、前
   記基板のたわみを避けるために湾曲した断面形状を有す
   る前記ハンド部と、を具備するロボットハンド。
2. 【請求項２】 前記ハンド部が、 前記根本部から所定の面に沿って張り出したセンターフ
   レーム部と、 前記センターフレーム部の両側に形成され、平均厚みが
   前記センターフレーム部よりも小さく、前記基板を支持
   するための第１のサイドフレーム部及び第２のサイドフ
   レーム部と、を含むことを特徴とする請求項１記載のロ
   ボットハンド。
3. 【請求項３】 前記第１のサイドフレーム部が、前記所
   定の面と＋α°の角度をなし（０＜α＜１０）、前記第
   ２のサイドフレーム部が、前記所定の面と−α°の角度
   をなすことを特徴とする請求項２記載のロボットハン
   ド。
4. 【請求項４】 前記センターフレーム部と、前記第１及
   び第２のサイドフレーム部の主要部とが、一体構造とな
   っていることを特徴とする請求項２又は３記載のロボッ
   トハンド。
5. 【請求項５】 前記第１及び第２のサイドフレーム部の
   各々が、一方の面の所定の位置に前記基板を吸着保持す
   るための吸着機構を備えていることを特徴とする請求項
   ２〜４のいずれか１項記載のロボットハンド。
6. 【請求項６】 前記ハンド部の先端の厚さが、前記ハン
   ド部の根本の厚さより薄いことを特徴とする請求項１〜
   ５のいずれか１項記載のロボットハンド。
7. 【請求項７】 前記ハンド部が、アルミニウム、繊維強
   化プラスチック（ＦＲＰ）、炭素繊維強化プラスチック
   （ＣＦＲＰ）の内の１つを含むことを特徴とする請求項
   １〜６のいずれか１項記載のロボットハンド。