JP2004130459A

JP2004130459A - 搬送アーム

Info

Publication number: JP2004130459A
Application number: JP2002298325A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Mitsuyoshi; 光吉　敏彦; Atsuo Fukuoka; 福岡　篤夫
Original assignee: JEL Corp
Current assignee: JEL Corp
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-04-30
Anticipated expiration: 2022-10-11
Also published as: JP4022461B2

Abstract

【課題】大型液晶基板等をコンパクトな搬送スペースで精度良く搬送する。
【解決手段】固定部２に支持され同心配置された少なくとも２本の回転駆動軸Ｒ_２，Ｒ_３のそれぞれの軸端に、平行リンクを構成するレバー１１，１２を独立して連結し、平行リンクのうちのレバー１２を延長させた一端を、長レバー１５の中間支点Ｄに連結する。そして長レバー１５の一端Ｅを、平行リンクを構成する１辺を含むガイド部材１６上に設けられたリニアガイド２２上を直線走行するスライダ２３に連結するとともに他端Ｈにレバー２１を介して基板搬送台を設ける。レバー１１，１２に付与された回転動作により、平行リンクのなす平行四辺形を変形させて長レバー１５の一端Ｅを、リニアガイド２２に沿って往復運動させて、他端Ｈに取り付けられたレバー２１を、直線運動あるいは所定の軌跡で移動させるようにした。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は搬送アームに係り、液晶基板等の搬送装置等において、大型基板をコンパクトな搬送スペースで精度良く搬送する搬送アームに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体、液晶製品の製造工程において、真空雰囲気でのプロセスが重要な位置を占めており、そのなかでも真空雰囲気での基板等のワーク搬送が装置構成においてきわめて重要となっている。
【０００３】
出願人は、この搬送装置に利用され、基板等を高精度に搬送可能な搬送アームを種々、開発している（たとえば特許文献１参照）。図９は、特許文献１に開示されている搬送アームの概略構成を示した平面図である。この搬送アーム１００は、基板搬送装置の本体１０３上に取り付けられた基台プレート１０２上に回転軸Ｒ_１，Ｒ_２に支持されている。搬送アーム１００自体は、短節を共有して連結された２組の平行リンク１１０，１２０とから構成されている。
【０００４】
搬送アーム１００は２本の平行配置されたアーム１１１，１１２の軸端を一体的に支持する基台プレート１０２が短節１１３となるように一方の関節１１４を駆動回転軸Ｒ_１とし、他の関節１１５を従動回転軸Ｒ_２とし、駆動回転軸Ｒ_１の回転によりアーム１１１，１１２をそれぞれの回転軸Ｒ_１，Ｒ_２に対して旋回させる第１平行リンク１１０と、短節１１３に対向する他の短節プレート１１６と、この短節プレート１１６を第１平行リンク１１０と共有するように関節１２７，１２８に平行配置された２本のアーム１２１，１２２が連結された第２平行リンク１２０と、第２平行リンク１２０の一方のアーム１２２が延長され、その先端に回動可能に取り付けられたスライダ１３１を短節プレート１１６に直交する方向に直線案内するガイドレール１３０が形成されたリニアガイド１３２と、第２平行リンク１２０の短節プレート１１６の対辺の短節プレート１２３に一体的に取り付けられた搬送台１０５とから構成されている。搬送台１０５は先端に基板等の搬送対象物（Ｓ）が載置される。
【０００５】
図９に示した位置を初期位置とした搬送アーム１００は、回転駆動軸Ｒ_１を矢印方向θに回転することにより、図１２に示したように、スライダ１３１が本体方向へ戻るようにスライドし、これと同時に搬送台５がＣ方向を本体から離れるように移動する。さらに回転駆動軸Ｒ_１の回転により、最終的には図１３に示した位置までリンク形状が変形し、平行リンクの各アーム１１１，１１２，１２１，１２２が干渉する直前の状態までアームを最大限伸長させることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２００５８３公報。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、液晶基板の製造分野においては、ワークサイズをより大きくすることで、生産量の確保とコスト低減が最重要課題とされ、より大型基板を製造することが求められている。また基板の大型化に伴い、真空内の搬送機器形態もそれに対応させる必要がある。たとえば７００×９００ｍｍ程度までの基板では、２本のアーム（平行リンク）を連携動作させるたとえばベルト駆動方式等を備えた搬送装置で十分に機能するが、１０００ｍｍ×１０００ｍｍ角以上の大型基板を搬送するような場合、ワークサイズの大型化にあわせてアーム旋回範囲を確保できる占有面積に拡大しなければならないという根本的な問題に加え、搬送距離が長くなることによるアームのたわみの問題、基板搬送過程で搬送軌跡が蛇行するという問題も生じるおそれがある。たとえば１０００ｍｍ×１２００ｍｍの基板では搬送に必要な占有面積は直径２４００ｍｍ程度になるため、ロボットが収納される真空チャンバーの最小幅が３０００ｍｍを超え、搬送装置を交通輸送する上での問題も予想される。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上述した問題を解消し、搬送装置において、大型の基板を、コンパクトなスペースで精度良く搬送できるようにした搬送アームを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は固定部に支持され同心配置された少なくとも２本の回転駆動軸のそれぞれの軸端に、平行リンクを構成するレバーのうちの隣接２辺を独立して連結し、該平行リンクの一辺の駆動レバーを延長させた一端を、長レバーの中間支点に連結し、該長レバーの一端を、前記平行リンクを構成する１辺を含むガイド部材上に設けられたリニアガイド上を直線走行するスライダに連結するとともに他端に基板搬送台を設け、前記駆動レバーに付与された回転動作により、前記平行リンクのなす平行四辺形を変形させて前記長レバーの一端を、前記リニアガイドに沿って往復運動させて、他端に設けられた前記搬送台を所定の軌道で移動させるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
前記平行リンクを構成するレバーのうちの隣接２辺に同一回転運動を付与し、前記長レバーの基板搬送台を支持する端部を、前記回転駆動軸周りに回転させることが好ましい。
【００１１】
他の発明として、固定部に支持され同心配置された少なくとも２本の回転駆動軸のそれぞれの軸端に、駆動レバーとガイド部材とを独立して連結し、前記駆動レバーの他端を、長レバーの中間支点に連結し、該長レバーの一端を、前記ガイド部材上に設けられたリニアガイド上を直線走行するスライダに連結するとともに他端に基板搬送台を設け、前記駆動レバーに付与された回転動作により、前記長レバーの一端を、前記リニアガイドに沿って往復運動させて、他端に設けられた前記搬送台を所定の軌道で移動させることを特徴とする。
【００１２】
上述の発明において、前記２本の回転駆動軸と同心配置された第３の回転駆動軸を設け、該第３の回転駆動軸端と、前記長レバーの中間支点及び基板搬送台を支持する端部とをそれぞれ回転中心として回動可能な３本の同一長の短レバーを設け、前記３本の短レバーを３クランク機構として、前記第３の回転駆動軸から付与された所定の回転動作を前記基板搬送台に伝達させることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の搬送アームの一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
［第１の搬送アーム］
図１は基板搬送装置に用いられる、複数本のレバーから構成された搬送アーム１全体を示した平面図である。搬送アーム１は、大気側から真空雰囲気内に真空シール（図示せず）を介して延設され、点Ｏを中心として固定部２に支持されて同心配置された３本の回転駆動軸Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３（図２参照）のそれぞれの上端に固着された３本のレバーと、これらレバーと連結されて複数個の平行リンクを構成する複数本のレバー群とから構成されている。
【００１４】
これらの回転駆動軸Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３は、図２に示したように、中実回転駆動軸Ｒ_１と、この中実回転駆動軸Ｒ_１を玉軸受（図示せず）で回転可能に支持するともに、独立して回転駆動可能な中空筒状回転駆動軸Ｒ_２と、中空筒状回転駆動軸Ｒ_２を玉軸受（図示せず）で回転可能に支持するとともに、独立して回転駆動可能な中空筒状回転駆動軸Ｒ_３とから構成され、図示しない回転制御部により回転角、回転角速度、回転方向が高精度に制御される。
【００１５】
これらの回転駆動軸のうち、最外周に位置し、固定部２に支持された中空筒状回転軸Ｒ_３の上端にはレバー１１が固着されている。このレバー１１は中空筒状回転軸Ｒ_３の回転駆動に伴い、点Ｏを中心に所定半径（ＯＡ）で回動する。支点Ａを共有してレバー１４が回転可能に連結されている。
【００１６】
中空筒状回転軸Ｒ_３の内空部には玉軸受（図示せず）で支持された中空筒状回転軸Ｒ_２が配置されている。中空筒状回転軸Ｒ_２の上端はレバー１１の回転軸位置を貫通してレバー１１の上面から突出した位置でレバー１２の下面に固着され、駆動レバーとしてのレバー１２の回転駆動軸となる（図２）。図１に示したように、レバー１２の支点間（ＯＤ）の中間位置にはレバー１４の支点間長（ＡＣ）と等しい長さをとって中間支点Ｂが設けられている（ＡＣ＝ＯＢ）。この中間支点Ｂとレバー１４の支点Ｃとはガイドブロック１６の面上にレバー１１の支点間長（ＯＡ）と等しい離れをとって回転可能に固着されている。したがって各支点の連結によって、平行四辺形機構□ＯＢＣＡが構成され、その１辺であるレバー１１をクランクとして回転することによりレバー１４はレバー１２に対して平行移動動作を示す。
【００１７】
駆動レバーとしてのレバー１２の支点Ｏと反対端の支点Ｄには、この支点を共有してレバー全長を内分する中間支点となるように、支点間長（ＥＨ）のレバー１５の中間部が回転可能に連結されている。このとき中間支点Ｄの位置は支点Ｅとの支点間長（ＤＥ）がレバー１２の中間支点Ｂと支点Ｄとの支点間長（ＢＤ）と等しくなるように設定されている（ＥＤ＝ＤＢ）。また長レバーとしてのレバー１５の中間支点Ｄと支点Ｈとの支点間長（ＤＨ）は支点Ｈに回転可能に連結され、後述するクランクを構成する短レバー２１に取り付けられるハンド（図示せず）及びハンドで搬送される基板の大きさ及び搬送距離で決定される。
【００１８】
ガイド部材としてのガイドブロック１６は本実施の形態では、図示したような略三角形状をなし、そのブロック上には支点Ｂと頂点Ｋとを結んでリニアガイド２２が設けられている。リニアガイド２２はスライダ２３と、スライダ２３の直線移動を案内するガイドレール２４とから構成されている。そしてスライダ２３にレバー１５の支点Ｅを固着することにより、レバー１５の一端をリニアガイド２２に沿って直線移動させることができる。したがってレバー１５の他端の支点Ｈは支点Ｅの直線運動の行程を拡大した直線運動をする。
【００１９】
さらにレバー群の先端に連結されたレバー２１の回転運動を実現するために３クランクが組み込まれている。すなわち、支点Ｏ位置において、レバー１２の先端からわずかに突出した中実回転駆動軸Ｒ_１の上端に短レバー１３が固着され、レバー１２の支点Ｄにおいてレバー１５の上部位置に短レバー１３と同形の短レバー１９が回転自在に取り付けられ、短レバー１３の先端支点Ｆと短レバー１９の先端支点Ｇとの間にレバー１８が掛け渡され、平行四辺形機構□ＯＦＧＤが構成され、このとき短レバー１９とレバー２１とは等しい支点間長を有して平行に取り付けられ、先端支点Ｇ，支点Ｉとの間にレバー２０が掛け渡され、平行四辺形機構□ＤＨＩＧが構成されている。平行四辺形機構□ＯＦＧＤ，□ＤＨＩＧとは短レバー１９を共有するので、これらのうちの１辺である短レバー１３をクランクとして回転することによりレバー２１は短レバー１３と同位相で回動することができる。
【００２０】
（支点Ｈの直線運動）
支点Ｈ（レバー２１）を直線運動させるための各レバーの動作について図１，図３を参照して説明する。説明のために、図１の平面図中、点Ｏを原点とするＸＹ座標軸とし、図中の角度をθ_Ｏ（レバー１２とＸ軸とのなす角度），θ_Ａ（レバー１１とＸ軸とのなす角度），θ_Ｂ（＝∠ＤＢＥ），θ_Ｅ（＝∠ＤＥＢ），θ_Ｄ（＝∠ＯＤＨ）とする。△ＢＤＥが常に二等辺三角形を保つことにより、角度の関係に２θ_Ｂ＝２θ_Ｅ＝θ_Ｄが成り立つ。このときのレバー１５の先端支点Ｈの座標値をθ_Ｏ，θ_Ａ及びとレバー１２とレバー１５の支点間長で表すと、
Ｘ＝ＯＤ・ＣＯＳθ_Ｏ＋ＤＨ・ＣＯＳ（θ_Ｏ＋２θ_Ａ）
Ｙ＝ＯＤ・ＳｌＮθ_Ｏ−ＤＨ・ＳｌＮ（θ_Ｏ＋２θ_Ａ）
このとき、レバー１５の支点Ｅはθ_Ｏ＋θ_Ａ＝９０°を死点としてリニアガイド２２上を往復運動する。
したがって、図３各図に示したようにレバー１２，レバー１４とが接した状態（図３（ａ））から中空筒状回転軸Ｒ_２、すなわち駆動レバーとしてのレバー１２を回転方向α向きに回転させると、θ_Ｄ→０（∠ＢＤＥ→１８０°）となり、レバー１２とレバー１５とが重なる（図３（ｂ））。さらにレバー１２の回動に伴い、レバー１２，レバー１４とが接した状態（図３（ｃ））までレバー１５の支点Ｈ（レバー２１）を直線運動させることができる。そしてレバー２１にアタッチメントとしての各種形状のハンドを取り付けることができる。なお、支点Ｈの移動軌跡は、レバー１２を回転させる角速度に対してのレバー１１を回転させる角速度を調整することにより直線状、所定の曲線状とすることができる。
【００２１】
（支点Ｈの支点Ｏ周りの回転運動）
図４に示したように、短レバー１３の回転をフリーにした状態で、レバー１１とレバー１２を点Ｏ周りに同期回転させることで、支点Ｈ（レバー２１）を点Ｏ周りに半径Ｌで所定角度だけ回転させることができる。このとき半径Ｌはあらかじめレバー１２の回動により所定値に設定しておく。そしてレバー１１とレバー１２との同期回転を行うことでハンドの支点Ｏ周りの回動動作を精度良く規定することができる。
【００２２】
（レバー２１の支点Ｈ周りの回転運動）
以上の直線運動、回転運動と独立して短レバー１３を所定方向に回転させることにより、ハンドを支持するレバー２１を支点Ｈ周りに同一方向、同一角度だけ回転させることができる。すなわち、図５に示したように、短レバー１３を回転方向β向きに所定角度だけ回転させると、短レバー１３がクランクとして回転し、短レバー１９及びレバー２１を回転方向βに同一角度だけ回転させることができる。したがって、直線運動あるいは支点Ｏ周りの回転運動したレバー１５が定位置に停止した状態（あるいは同時に）で短レバー１３を回転させることにより、レバー２１を支点Ｈ周りに所定角度だけ回転させることができる。
【００２３】
［第２の搬送アーム］
図６は、図１に示した搬送アームの構成部材のうち、平行四辺形機構□ＯＢＣＡを構成するレバー１１及びレバー１４とを省略し、レバー１２の中間支点Ｂを回転駆動軸支点Ｏと一致させて二等辺三角形△ＤＢＥを構成するようにした搬送アームの変形例を示している。
【００２４】
図７に示したように、回転駆動軸のうち、最外周に位置し、固定部２に支持された中空筒状回転軸Ｒ_３の上端にはレバー１６が固着されている。このレバー１６は、図１に示したガイド部材の機能を有する部材で、レバーとして回転運動するとともに部材上にリニアガイド２２が設けられている。リニアガイド２２はスライダ２３と、スライダ２３の直線移動を案内するガイドレール２４とから構成されている。そしてスライダ２３に支点Ｅを固着することによりレバー１５の一端をリニアガイド２２に沿って直線移動させることができ、レバー１５の他端支点Ｈは支点Ｅの直線運動の行程を拡大した直線運動をする。
【００２５】
中空筒状回転軸Ｒ_３の内空部には玉軸受で支持された中空筒状回転軸Ｒ_２が配置されている。中空筒状回転軸Ｒ_２の上端はレバー１６の回転軸位置を貫通してレバー１６の上面から突出した位置でレバー１２の下面に固着され、レバー１２の回転駆動軸となる。
【００２６】
駆動レバーとしてのレバー１２の支点Ｏと反対端の支点Ｄには、この支点を共有してレバー全長を内分する中間支点となるように、支点間長（ＥＨ）のレバー１５が支点Ｄに回転可能に連結されている。このとき中間支点Ｄの位置は支点Ｅとの支点間長（ＤＥ）がレバー１２の支点間長（ＯＤ）と等しくなるように設定されている（ＥＤ＝ＤＯ）。
【００２７】
さらに図１と同様に、レバー群の先端に連結されたレバー２１の回転運動を実現するために３クランクが組み込まれている。すなわち、支点Ｏ位置において、中実回転駆動軸Ｒ_１の上端に短レバー１３が固着され、レバー１２の支点Ｄに短レバー１９が、レバー１５の支点Ｈに短レバー２１が回転自在に取り付けられ、各短レバーの先端支点Ｆ，先端支点Ｇ間にはレバー１８が、先端支点Ｇ，支点Ｉとの間にはレバー２０が掛け渡され、全体として平行四辺形機構□ＯＦＧＤ，□ＤＨＩＧとが構成され、そのうち短レバー１９を共有するので、１辺である短レバー１３をクランクとして回転することによりレバー２１は短レバー１３と同位相で回動することができる。
【００２８】
以上の構成において、駆動レバーとしてのレバー１２とレバー１８とは平行四辺形機構を構成する部材間の干渉を避けるために、所定の屈曲形状に仕上げられている。
【００２９】
（支点Ｈの直線運動）
この第２の搬送アームにおいても、△ＯＤＥが常に二等辺三角形を保つことにより、レバー１５の支点Ｅはリニアガイド２２上を往復運動することができる。図８に示したようにレバー１２，レバー１８とが干渉する直前位置（図８（ａ））から中空筒状回転軸Ｒ_２、すなわち駆動レバーとしてのレバー１２を回転方向α向きに回転させることにより、レバー１２，レバー１６及びレバー１５とが重なる部材の位置関係を経て（図８（ｂ））、レバー１２，レバー１８とが再び干渉する直前位置（図８（ｃ））までレバー１５の先端支点Ｈを軌跡に示したような直線運動させることができる。
【００３０】
以上の説明において、レバー１１，レバー１２の回転駆動制御を支点Ｈが所定の軌跡（たとえば所定の曲線運動を含む）を移動するように補間すれば真空雰囲気におけるリンク式多軸搬送が可能となる。これに加えて短レバー１３を回転制御すればレバー２１に搭載されるハンド（図示せず）の姿勢を変更することができる。
【００３１】
なお、以上で説明した各レバー（リンク）の支間長（アーム長）は数値的に限定されることはなく、短いアーム長で同一長の平行リンクにも適用できる。また、各軸受は玉軸受などのダストフリーの転動体を採用することで転がり抵抗を最小限にでき、優れた位置決め特性が確保できる。さらに、搬送アームにおいて、その用途、仕様に応じて上下動機構、アーム全体の回転機構、リンク先端の回転軸か固定か否かの組み合わせは適宜付加、削除することができることはいうまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明によれば、以下の種々の効果が得られる。同軸配置された多軸回転駆動軸の駆動により動作する全リンク機構により先端側のリンク長さを長くして多軸制御することで、より搬送距離の長い直線移動をより少ないスペースで実現できる。これによりワーク積載ハンドを短くでき、ハンドのたわみを押さえることができる。
【００３３】
また、搬送アームとして十分に剛性を確保されたリンク機構を採用することにより、幾何学的な搬送が実現でき、ベルト等を採用した搬送アームに比ベ、優れた直進性を確保でき、さらに搬送速度のより高速化が可能となり、生産効率の向上を期待できる。
【００３４】
リンク機構の支点は全て玉軸受けなどの転動体（鋼球）を採用することで、転がり抵抗を最小限にでき、優れた位置決め特性が得られる。たとえば、低速時と高速時の位置決め精度が変化せず、位置決めが早く収束する。
【００３５】
全リンク機構とすることにより、アウトガス源を備えないため低いアウトガス特性を達成できる。
【００３６】
多軸回転駆動軸構造としたことにより、ロボット中心を基準としてワークを放射状に配置された処理室に搬送するという制限が緩和され、処理室内での基板位置決めの自由度が増える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の搬送アームの一実施の形態を示した平面図。
【図２】図１に示した第１の搬送アームを示した側面図。
【図３】第１の搬送アームによるハンドの直進動作状態を示した状態説明図。
【図４】第１の搬送アーム全体の旋回状態を示した状態説明図。
【図５】第１の搬送アームによるハンドの旋回状態を示した状態説明図。
【図６】本発明の第２の搬送アームの一実施の形態を示した平面図。
【図７】図６に示した第２の搬送アームを示した側面図。
【図８】第２の搬送アームによるハンドの直進動作状態を示した状態説明図。
【図９】従来の搬送アームの一例を示した平面図。
【図１０】図９に示した従来の搬送アームによるハンドの直進動作状態を示した状態説明図（その１）。
【図１１】図９に示した従来の搬送アームによるハンドの直進動作状態を示した状態説明図（その２）。
【符号の説明】
１　搬送アーム
レバー　１１，１２，１４，１５，１８，１９，２０，２１
短レバー　１３，１９
リニアガイド　２２
回転駆動軸　Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３

Claims

固定部に支持され同心配置された少なくとも２本の回転駆動軸のそれぞれの軸端に、平行リンクを構成するレバーのうちの隣接２辺を独立して連結し、該平行リンクの一辺の駆動レバーを延長させた一端を、長レバーの中間支点に連結し、該長レバーの一端を、前記平行リンクを構成する１辺を含むガイド部材上に設けられたリニアガイド上を直線走行するスライダに連結するとともに他端に基板搬送台を設け、前記駆動レバーに付与された回転動作により、前記平行リンクのなす平行四辺形を変形させて前記長レバーの一端を、前記リニアガイドに沿って往復運動させて、他端に設けられた前記搬送台を所定の軌道で移動させるようにしたことを特徴とする搬送アーム。
前記平行リンクを構成するレバーのうちの隣接２辺に同一回転運動を付与し、前記長レバーの基板搬送台を支持する端部を、前記回転駆動軸周りに回転させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の搬送アーム。
固定部に支持され同心配置された少なくとも２本の回転駆動軸のそれぞれの軸端に、駆動レバーとガイド部材とを独立して連結し、前記駆動レバーの他端を、長レバーの中間支点に連結し、該長レバーの一端を、前記ガイド部材上に設けられたリニアガイド上を直線走行するスライダに連結するとともに他端に基板搬送台を設け、前記駆動レバーに付与された回転動作により、前記長レバーの一端を、前記リニアガイドに沿って往復運動させて、他端に設けられた前記搬送台を所定の軌道で移動させるようにしたことを特徴とする搬送アーム。
前記２本の回転駆動軸と同心配置された第３の回転駆動軸を設け、該第３の回転駆動軸端と、前記長レバーの中間支点及び基板搬送台を支持する端部とをそれぞれ回転中心として回動可能な３本の同一長の短レバーを設け、前記３本の短レバーを３クランク機構として、前記第３の回転駆動軸から付与された所定の回転動作を前記基板搬送台に伝達させることを特徴とする請求項１または請求項３記載の搬送アーム。