JP2005012139A

JP2005012139A - 基板搬送装置

Info

Publication number: JP2005012139A
Application number: JP2003177471A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Mitsuyoshi; 敏彦光吉
Original assignee: JEL Corp
Current assignee: JEL Corp
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2023-06-23
Also published as: JP4284118B2

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回転駆動軸のうち、回転駆動軸端Ｒ_２で旋回アーム１０を旋回可能に軸支する。旋回アーム１０の他端に、回転駆動軸Ｒ_１からの入力により変形可能な平行リンク１１０と中間平行リンク１００を介してアーム本体１１を軸支する。旋回アーム１０内の平行リンク１１０の変形に伴い旋回部材１１３を介してアーム本体１１を旋回させる。このときアーム本体１１内に、中間平行リンク１００から伝達された回転により変形可能な第２平行リンク１２０を収容する。第２平行リンク１２０の出力側にハンド１２を設けることで、旋回部材１１３とアーム旋回レバー１１１とが構成する二等辺三角形リンクの作用により、アーム本体１１が旋回する際にハンド１２に搬送方向を保持した直線移動を付与することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板搬送装置に係り、特に高真空、高温状態下において、大型液晶基板等をコンパクトな搬送スペースで効率よく搬送できるようにしたシングルアームの基板搬送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体、液晶基板製品の製造工程において、真空雰囲気、高温下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】
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増大しを図り、コスト低減することが重要であるとともに、より大型の基板のニーズが高まっている。このような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、高精度、高効率化を図る必要がある。たとえば１０００ｍｍ□以下の液晶基板等の製造では、２本のアームを連係動作させ、所定のシーケンスで同時に２枚の基板を搬送可能としたツインアーム構造の搬送装置が提案されている（たとえば特許文献１、特許文献２参照。）これらの装置では、ツインアームをそれぞれ、ゴムベルトやスチールワイヤ、チェーンを回転軸に装着されたプーリを介して所定のアーム回転を実現する用いてベルト駆動方式が用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２５８０４８９号公報。
【特許文献２】
特開平１０−１６３２９６号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、１０００ｍｍ×１０００ｍｍ□程度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駆動機構の剛性不足によってアームにたわみが生じたり、搬送軌跡が蛇行するという問題も生じるおそれがある。
【０００６】
また、上述の搬送装置では、ゴムベルトでは高真空状態を阻害するアウトガスが発生する。スチールベルトやワイヤがプーリに巻回された際に繰り返し折り曲げられるため、早期に疲労破壊が生じるおそれがある。さらに、所定直径比で回転軸回転角を制御するため、大直径のプーリを要する場合もあり、機構の小型が難しい。加えて、基板等を高温処理条件で処理する場合、ベルトやワイヤが早期に変形、劣化してしまうため、耐久性の点でも問題がある。
【０００７】
これらの問題を解決するために、出願人はツインアーム構造の基板搬送装置を開発した（特願２００３−１１９２６６参照）。このツインアーム構造は平行リンク機構をアーム本体に内蔵したため、厳しい使用環境においても、すぐれた耐久性を期待できる。その構造上の利点は、シングルアーム構造においても発揮できる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、高温、高真空状態下で使用されるシングルアーム構造の基板搬送装置において、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、しかも耐久性に富む基板搬送装置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２本の回転駆動軸の第１の回転駆動軸端に旋回可能に軸支され、内部に第２の回転駆動軸からの入力により変形可能な第１平行リンクと中間平行リンクとを収容した旋回アームと、前記第１平行リンクの変形に伴い旋回し、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を有する旋回部材と、前記中間平行リンクから伝達された回転により変形可能な第２平行リンクを有し、該第２平行リンクの出力側にハンドが設けられ、前記旋回部材により旋回が付与され、旋回時に前記ハンドの搬送方向が保持されるアーム本体とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
前記旋回アームの旋回時に、前記第２の回転駆動軸を固定して前記第１平行リンクと中間平行リンクとを変形させることで、前記旋回アームの旋回角θに対して、前記アーム本体を旋回させる前記旋回部材に旋回角２θが付与されるリンク機構を備えることが好ましい。
【００１１】
前記旋回アーム内に収容された第１平行リンクと中間平行リンクの変形が、共有回転支軸を介して前記アーム本体に収容された第２平行リンクへ伝達され、前記ハンドの搬送方向が保持されるようにすることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の基板搬送装置の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
［共通駆動部］
図１は、基板搬送装置の各部の機構構成を説明するために示した正面断面図である。基板搬送装置１は、固定部２に基底プレート３を介して支持され、アーム全体が真空雰囲気４内に位置するように設置されている。基底プレート３には、中心軸Ｏを中心として同心配置され、独立して回転駆動可能な２本の回転駆動軸Ｒ_１，Ｒ_２が軸受部を介して固着されている。
【００１３】
これらの回転駆動軸Ｒ_１，Ｒ_２は、中実回転駆動軸Ｒ_２と、この中実回転駆動軸Ｒ_２を玉軸受（図示せず）で回転可能に支持するともに、独立して回転駆動可能な中空筒状回転駆動軸Ｒ_１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。また、本装置を真空雰囲気で使用する場合には回転駆動軸Ｒ_１，Ｒ_２に真空シールを装着し、真空雰囲気と大気雰囲気とを区画することが好ましい。
【００１４】
基底プレート３に支持された中空筒状回転軸Ｒ_１の上端には旋回アーム１０が固着されている。この旋回アーム１０は、図２，図４の平面図に示したような細長の小判形状のアームからなり、中空筒状回転軸Ｒ_１の回転駆動に伴い、中心軸Ｏを中心に旋回する。旋回アーム１０の他端（自由端）にはアーム本体１１が中実回転軸１１１Ｓを介して連結されている。このアーム本体１１は、旋回アーム１０の旋回角θに連動して中実回転軸１１１Ｓ回りに旋回角２θで旋回でき、アーム本体１１の自由端側に連結されたハンド１２のフォーク１３上に載置された基板Ｐを所定方向に直線状に搬送できる（図７，図８参照）。
【００１５】
［旋回アームの構成］
旋回アーム１０は、図２に示したようなステンレス製の中空箱状部材で、その内部にはアーム本体１１を旋回させる中実回転軸１１１Ｓを所定角度だけ回動させるとともに、アーム本体１１の自由端に連結されたハンドの方向を保持させる同期クランク１０５を所定角度だけ回動させるリンク機構が収容されている。
以下、旋回アーム１０内に収容された各部材により構成された第１平行リンク、中間平行リンク、及びこれらリンク機構の出力側となる中実回転軸、中空回転軸、同期クランクについて説明する。
【００１６】
（第１平行リンクの構成）
中空筒状回転軸Ｒ_１の内空部には玉軸受（図示せず）で支持された中実回転軸Ｒ_２が配置されている。中実回転軸Ｒ_２の上端には、図２に示したよう、駆動入力クランク１０１が固着されている。駆動入力クランク１０１の自由端には、図２に示したように、それぞれのクランクの回動に伴って変形する第１平行リンク１１０を構成する長アーム１０２が連結節点Ａを介して回動可能に連結され、さらに長アーム１０２の他端の連結節点Ｂには回転支軸Ｃ周りに回動可能な両腕クランク１０３が連結され、これにより回転駆動軸中心軸Ｏ、回転支軸Ｃを結ぶ辺を固定辺とする第１平行リンク１１０（ＯＡＢＣ）が形成されている。
【００１７】
（中間平行リンクの構成）
さらに、図３に示したように、両腕クランク１０３の他端の連結節点Ｄを介して短アーム１０４が連結され、短アーム１０４の他端は、上述したハンド１２の方向を保持する同期クランク１０５の自由端に連結節点Ｅを介して連結されている。これにより回転支軸Ｆ、回転支軸Ｃを結ぶ辺を固定辺とする中間平行リンク１００（ＦＥＤＣ）が形成されている。この中間平行リンク１００は、図２，３に示したように、第１平行リンク１１０と両腕クランク１０３を共通部材としているため、駆動入力クランク１０１から入力された回転駆動力により、第１平行リンク１１０、中間平行リンク１００が変形する。
【００１８】
（中実回転軸、中空回転軸及び同期クランクの構成）
回転支軸Ｆは、部材構成上、同軸配置され独立して回動可能な中実回転軸１１１Ｓと中空筒状回転軸１２５Ｓとからなるが、そのうち中空筒状回転軸１２５Ｓの上下端にはそれぞれ同期クランク（１０５，１２５）が一体的に形成されている。これら同期クランクは図１，図３，図５に示したように、同形で同一方向を向いて自由端に他のリンクを連結するように形成されている。一方、中実回転軸１１１Ｓは下端にアーム旋回クランク１１１が形成されており、上端はアーム本体１１のケーシング上端を貫通してアーム本体１１に固定され、アーム旋回クランク１１１の回転角に応じてアーム本体１１を旋回させることができる。
【００１９】
［アーム本体の構成］
アーム本体１１は、旋回アーム１０と同様のステンレス製の中空箱状部材で、その内部には各アーム本体１１の自由端側に連結されたハンド１２のフォーク１３上に載置された基板Ｐ（図８）を所定方向に直線移動により搬送するための第２平行リンクが収容されている。以下に所定の旋回角を付与する旋回部材、ハンド１２の搬送方向を保持するために第２平行リンクの構成について説明する。
【００２０】
（旋回部材の構成）
アーム本体１１を旋回するための旋回部材について、図３，図４，図６を参照して説明する。アーム本体１１は上述したように、中実回転軸１１１Ｓの回動により旋回アーム１０に対して所定角をなすように旋回する。この中実回転軸１１１Ｓの回動は、図４，図６に示したように、中実回転軸１１１Ｓ下端に一体的に形成され、アーム本体１１の下方から突出したアーム旋回レバー１１１の旋回動作によって実現する。このアーム旋回レバー１１１は一端がリニアガイド１１４を介して連結されたＬ字形クランク１１３の回転支軸Ｃ周りの回動に伴って旋回する。すなわち、レバー１１１の自由端は、Ｌ字形クランク１１３の側面に取り付けられたリニアガイド１１４のレール１１５に沿ってスライド可能なスライダ１１６に連結節点Ｇを介して連結されている。
【００２１】
Ｌ字形クランク１１３を含む旋回部材は、図１、図４，図６に示したように、回転支軸Ｃの下端にＬ字形クランク１１３が一体的に形成される一方、回転支軸Ｃの上端に両腕クランク１０３が一体的に形成された部材である。このＬ字形クランク１１３の回動は第１平行リンク１１０の変形に伴って両腕クランク１０３が回転支軸Ｃ周りに回動するのに伴って実現する。動作の詳細は後述する。
【００２２】
（第２平行リンクの構成）
次に、第２平行リンク１２０の構成について、図３，図５，図７を参照して説明する。旋回アーム１０内に収容された中間平行リンク１００の一辺を構成する下側の同期クランク１０５を回転可能に支持する中空回転軸１２５Ｓはアーム本体１１内まで延在し、中空回転軸１２５Ｓの上端に同期クランク１０５と同形の同期クランク１２５が同一方向を向いて固着されている。同期クランク１２５の自由端には図５，図７に示したように、長アーム１２１が連結節点Ｈを介して連結され、長アーム１２１の他端には連結節点Ｉを介してハンド保持クランク１２２が連結されている。ハンド保持クランク１２２の回転支軸Ｊ側は、図１に示したように先端で下方に突出し、ハンド１２の基部が取付ボス１４を介して固着されている。これにより内において、旋回アーム１０内に収容された中間平行リンク１００の一辺ＦＥと同一旋回動作をする一辺ＦＨを有する第２平行リンク１２０（ＦＨＩＪ）が形成される。
【００２３】
［リンク機構の連係］
上述した第１平行リンク、中間平行リンク、第２平行リンクの連係についてを旋回させる場合を例に、図６を参照して説明する。図６では説明のために、模式的に線図で示した第１平行リンク１１０、中間平行リンク１００、第２平行リンク１２０、及び二等辺三角形リンクのリンク機構図と、Ｌ字形クランク１１３と、リニアガイド１１４を介して連結されたレバー１１１とを重ねて示している。図中、回転支軸Ｃ，Ｆは旋回アーム内の不動点で、そのうち中間平行リンク１００の回転支軸Ｆと、第２平行リンク１２０の同期クランク１２５を旋回させる回転支軸Ｆとは共通回転軸である中空回転軸１２５Ｓからなる。なお、線図の表示において、図の明瞭化のために、実際は上下位置で重なる中間平行リンク１００のリンクＦＥと、第２平行リンク１２０のリンクＦＨとをずらして示している。また、中間平行リンク１００のリンクＣＦとアーム旋回レバー１１１のレバー長ＦＧとはＣＦ＝ＦＧに設定され、底辺ＣＧとなる二等辺三角形△ＦＣＧのリンクが構成されている。このように構成されている３個の平行リンクは、第１平行リンク１１０の駆動入力クランク１０１の回動により、第１平行リンク１１０が変形し、第１平行リンク１１０のリンクＢＣと一体部材（両腕クランク１０３）である中間平行リンク１００のリンクＣＤが同角度だけ回動し、中間平行リンク１００を変形させる。その際、両腕クランク１０３の回動に伴い、回転支軸Ｃの下端に固着されているＬ字形クランク１１３が回転支軸Ｃ回りに旋回する。この旋回動作に伴い、リニアガイド１１４に沿ってスライド可能なアーム旋回レバー１１１の自由端（連結節点Ｇ）は、Ｌ字形クランク１１３の旋回方向に応じて二等辺三角形の底辺ＣＧの長さを変化させるようにスライドする。このとき後述するように、アーム旋回レバー１１１の旋回に伴って回転支軸１１１Ｓが所定角度だけ回動し、その上端に固着されたアーム本体１１がその回動角だけ旋回する。このように本発明では、中空箱状部材内に収容されている平行リンク機構の出力によって、アーム本体の形状に代表される中空箱状部材の旋回を実現することができる。これにより、駆動部分を箱状部材内に収容させることができるので、アーム動作に伴うダスト等の発生を最小限に抑えることが可能となる。
【００２４】
一方、中間平行リンク１００のリンクＦＥと第２平行リンク１２０のリンクＦＨとは、中空筒状回転軸１２５Ｓの底部と頂部とに一体的に形成された同形の同期クランク１０５，１２５によって構成されている。したがって、第２平行リンク１２０のリンクＦＨは、中間平行リンク１００のリンクＦＥと同角度だけ旋回し、第２平行リンク１２０を変形させることができる。
【００２５】
［旋回アームとアーム本体の同期旋回動作］
ここで、本発明の基板搬送装置のアーム本体を、旋回アーム１０の旋回と同期をとって旋回させた状態について、図８を参照して説明する。図８（ａ）は、基板搬送装置の初期状態を示した平面図である。同図に示した仮想円Ｋは各アーム本体１１を完全に屈曲させて液晶基板を保持した状態で旋回アーム１０を旋回させたときの占有平面を示しており、本実施の形態では、液晶基板Ｐの隅角部が通過する軌跡平面内に屈曲したアーム本体１１とハンド１２とが収まるように設定されている。この状態から図８（ｂ）に旋回アーム１０をθ方向に旋回させる際、中実回転駆動軸Ｒ_２を固定することで、旋回アーム１０の旋回角βに対して、旋回アーム１０内部で変形する第１平行リンク１１０、Ｌ字形クランク１１３及びアーム旋回レバー１１１が構成する二等辺三角形リンクの作用によってアーム旋回レバー１１１に旋回角２βが付与され、アーム本体１１は２βの旋回角で外方へ振り出される。さらに上述した第１平行リンク１１０、中間平行リンク１００、第２平行リンク１２０の連係動作により、ハンド１２は図８（ｂ）〜（ｃ）に示したように、旋回アーム１０、アーム本体１１の旋回時にその伸長方向を保持して直進する。その結果、たとえば旋回アーム１０が９０°旋回した状態でアーム本体１１は、当初の旋回アーム１０とのなす角から１８０°旋回した図８（ｃ）位置まで展開させることができる。
【００２６】
図９，図１０は、旋回アーム１０とアーム本体１１の旋回動作、ハンド１２の搬送方向保持動作を説明するために、リンク線図を重ねて示したアーム動作状態図である。図９（ａ）は、図８（ａ）の初期状態におけるアーム本体１１の回転支軸部分を拡大して示した動作状態説明図である。このとき旋回アーム１０とアーム本体１１とのなす角は２αであるとする。この状態から同図（ｂ）に示したように、旋回アーム１０が回転中心軸Ｏに関して旋回角θ＝θ_１だけ旋回するときにＬ字形クランク１１３が回転支軸Ｃ周りにθ_１だけ旋回する。これにより、アーム旋回レバー１１１の自由端（連結節点Ｇ）がリニアガイド１１４に沿って外方にスライドし、回転支軸Ｃ、Ｆ及び連結節点Ｇとからなる二等辺三角形（△ＦＣＧ）の底辺を挟む角がそれぞれθ_１だけ減少し、二等辺三角形は徐々に扁平になる。これに伴い旋回アーム１０とアーム本体１１とのなす角（＜ＯＣＪ）は２θ_１だけ狭まる。すなわちアーム本体１１は回転支軸Ｆ周りに旋回角ω＝２θ_１だけ旋回することになる。同様に旋回アーム１０がθ＝αだけ旋回したときに、△ＦＣＧは完全につぶれて点Ｆが直線ＣＧ上に位置する。そのときアーム本体１１もω＝２α旋回した結果、同図（ｃ）に示したように旋回アーム１０と一直線をなすように上下位置で重なる。この状態からさらに図１０（ｃ）〜（ｅ）まで旋回アーム１０が中心軸Ｏに関して旋回していくと、さらに反対側に形成された二等辺三角形（△ＦＣＧ）の頂角を減じながら、Ｌ字形クランク１１３がアーム旋回レバー１１１の下側に入り込むように上下位置で重なっていく。その結果、図１０（ｄ），（ｅ）に示したように旋回アーム１０は旋回角θ＝θ_２→βだけ旋回させると、そのときアーム本体１１のハンド保持クランク１２２はω＝２θ_２→２βだけ旋回し、初期状態位置から最遠位置に達する。
【００２７】
［アーム本体の旋回動作とハンドの直線移動の同期］
旋回アーム１０とアーム本体１１とは上述したように、同期をとって旋回動作が行われるが、旋回アーム１０の旋回に伴うアーム本体１１の旋回時にハンド１２は常に搬送方向を向くように直線移動する。このハンド１２の直線動作について、再度図９，図１０を参照して説明する。初期状態（図９（ａ））において、図６に示したように、中間平行リンク１００のリンクＣＤ，ＦＥと、第２平行リンク１２０のリンクＦＨ，ＪＩとは平行関係にあり、以後、図９〜図１０に示したように、中間平行リンク１００の変形に追従して第２平行リンク１２０も変形していく。この結果、ハンド１２（図７参照）を保持するハンド保持クランク１２２は常に同一方向を直線移動することができる。
【００２８】
なお、以上で説明したシングルアームのアーム本体の長さ、アームの旋回により達成される搬送動作、距離、取り付けられるハンド形状、寸法は、搬送予定の液晶基板の大きさ及び搬送距離で決定される。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、その用途、仕様に応じて上下動機構、アームの搬送シーケンスは、適宜選択、付加、削除することができることはいうまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明によれば、大型液晶基板を搬送するためのシングルアームの運転を、十分に剛性を確保されたリンク機構及びリニアガイドを採用して実現したため、高精度で迅速な基板搬送が可能となり、またゴムベルト等を採用した搬送装置に対してきわめて低いアウトガス特性を達成でき、高温、高真空下での運転が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板搬送装置の一実施の形態を示した正面断面図。
【図２】図１に示した旋回アーム内部を示した平面図。
【図３】第１平行リンクと中間平行リンクとを拡大して示した部分拡大平面図。
【図４】旋回アームと旋回部材のＬ字形クランクとの位置関係を示した平面図。
【図５】アーム本体の第２平行リンクを示した平面図。
【図６】第１平行リンクと中間平行リンク、第２平行リンク及び旋回部材が構成する二等辺三角形リンクの連係を模式的に示したリンク構成図。
【図７】第２アーム本体と、第２平行リンクに連結されたハンドとを示した平面図。
【図８】基板搬送装置による各アームの旋回状態およびハンドの直進動作状態を示した状態説明図。
【図９】各アームの旋回状態、ハンドの直線移動状態および旋回部材の動作状態を示した状態説明図（その１）。
【図１０】各アームの旋回状態、ハンドの直線移動状態および旋回部材の動作状態を示した状態説明図（その２）。
【符号の説明】
１基板搬送装置
２固定部
１０旋回アーム
１１アーム本体
１２ハンド
１００中間平行リンク
１０１駆動入力クランク
１０２長アーム
１０３両腕クランク
１０４短アーム
１０５同期クランク
１２５Ｓ中空回転軸
１１０第１平行リンク
１１１アーム旋回レバー
１１１Ｓ中実回転軸
１１３Ｌ字形クランク
１１４リニアガイド
１１５レール
１１６スライダ
１２０第２平行リンク
１２１長アーム
１２２ハンド保持クランク
回転駆動軸Ｒ_１，Ｒ_２

Claims

固定部に支持され同心配置された２本の回転駆動軸の第１の回転駆動軸端に旋回可能に軸支され、内部に第２の回転駆動軸からの入力により変形可能な第１平行リンクと中間平行リンクとを収容した旋回アームと、
前記第１平行リンクの変形に伴い旋回し、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を有する旋回部材と、
前記中間平行リンクから伝達された回転により変形可能な第２平行リンクを有し、該第２平行リンクの出力側にハンドが設けられ、前記旋回部材により旋回が付与され、旋回時に前記ハンドの搬送方向が保持されるアーム本体とを、
備えたことを特徴とする基板搬送装置。
前記旋回アームの旋回時に、前記第２の回転駆動軸を固定して前記第１平行リンクと中間平行リンクとを変形させることで、前記旋回アームの旋回角θに対して、前記アーム本体を旋回させる前記旋回部材に旋回角２θが付与されるリンク機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の基板搬送装置。
前記旋回アーム内に収容された第１平行リンクと中間平行リンクの変形が、共有回転支軸を介して前記アーム本体に収容された第２平行リンクへ伝達され、前記ハンドの搬送方向が保持されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の基板搬送装置。