JP2006041233A - Conveyance arm - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は搬送アームに係り、半導体製造装置等に搭載され、コンパクトで安定した状態で基板を、高精度に搬送できることができるようにした搬送アームに関する。 The present invention relates to a transfer arm, and more particularly to a transfer arm that is mounted on a semiconductor manufacturing apparatus or the like and can transfer a substrate with high accuracy in a compact and stable state.
一般に半導体製造装置内には所定の動作シーケンスでウェハ等の基板を移動させる基板搬送装置が備えられている。この種の基板搬送装置には高精度の動作及び塵等が発生しないクリーンな動作環境が要求されている。出願人は、すでにこの要請に応えるために、基板等の搬送を高精度に行えることができ、また可動部の摩耗等がほとんどないクリーンな環境を長期にわたって保持でき、耐久性に富む搬送アームを提案している(特許文献1参照)。 In general, a semiconductor manufacturing apparatus is provided with a substrate transfer device for moving a substrate such as a wafer in a predetermined operation sequence. This type of substrate transfer apparatus is required to have a high-precision operation and a clean operation environment that does not generate dust. In order to meet this demand, the applicant has already been able to transport a substrate with high accuracy, maintain a clean environment with little wear on moving parts, etc. It has been proposed (see Patent Document 1).
図6(a)は出願人が既に提案した搬送アーム100の屈曲状態、図6(b)は同アームの伸長状態を示した平面図である。搬送アーム100は、全体が基台プレート102の回転軸R101、R102に支持された2組の平行リンク110,120が短節を共有して連結され、一体として動作するように構成されている。
6A is a bent state of the
搬送アーム100は2本の平行配置されたアーム111,112の軸端を結んでなる短節113の1方の関節114を駆動回転軸R101とし、他の関節115を従動回転軸R102としている。駆動回転軸R101の回転により短節113に対向する他の短節116とで平行四辺形を保持してアーム111,112をそれぞれの回転軸R101、R102に対して旋回させる第1平行リンク110と、第1平行リンク110の短節116と共有する短節126を有し、この短節126の両端関節127,128に2本の平行配置されたアーム121,122の各端が連結された第2平行リンク120と、短節116(126)に直交する方向に直線案内するリニアガイド132(図6(b))を主構造とし、第1平行リンク110のアーム111に付与された旋回動作によってリニアガイド132のスライダ131を直線移動させることで第2平行リンク120のアーム122を第1平行リンク110と反対向き等角度に旋回させる同期リンク140と、図示しない基板等の搬送対象を載置する搬送台150とを備えている。
The
このような構成からなる搬送アーム100では、回転軸R101に関する時計回りの旋回動作により、搬送アームは図6(a)に示した状態からの平行リンク110,120を変形させることにより、搬送台150を矢印A方向に図6(b)の状態まで直線移動させるようになっている。図7は、このときの搬送アーム100の平行リンクの伸長状態及び屈曲状態を線図で示したリンクモデル図である。同図に示したように、この搬送アーム100では屈曲状態において基台プレート102(図6(a))の回転により、旋回半径Rrで搬送台150を所定回転方向に所定角度だけ旋回させる一方、回転軸R101の旋回動作によるアームの伸長により矢印A方向へ搬送距離Lだけ直線移動させることができる。
In the
ところで、上述のリニアガイドは同期リンクを備えるため、部材点数が多く、関節部分が厚くなり、アーム屈曲部の薄型化が難しかった。また、リニアガイドは線状をなす内部経路をベアリングボールが連続して転動する構造であるが、従来の転動経路の短い玉軸受に比べて潤滑性に劣るおそれがあり、アームのスムースな屈曲、伸長が求められる場合、各関節等の可動部において、実績のある玉軸受の使用が望まれている。 By the way, since the above-mentioned linear guide includes the synchronization link, the number of members is large, the joint portion is thick, and it is difficult to reduce the thickness of the arm bending portion. In addition, the linear guide has a structure in which the bearing ball continuously rolls along a linear internal path, but there is a risk that it may be inferior in lubricity compared to a conventional ball bearing with a short rolling path, and the smoothness of the arm. When bending and extension are required, it is desired to use a proven ball bearing in a movable part such as each joint.
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、アーム屈曲部がコンパクトで薄型のアーム構造からなり、高精度の基板搬送が可能な搬送アームを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to provide a transport arm that has a compact and thin arm structure and can carry a substrate with high precision.
上記目的を達成するために、本発明は第1平行リンクの短節と、第2平行リンクの短節とを共有して連結し、前記第1平行リンクのアーム端に付与された旋回動作により、前記第1平行リンクのアームと第2平行リンクのアームのなす角度を変化させて前記第2平行リンクの自由端側の短節に設けられた搬送台を直線移動させるようにした搬送アームにおいて、前記共有された短節を構成する各関節から、前記第1平行リンクの各アームを所定量延長した端部支点間を連結する第1の連結部材と、前記第2平行リンクの前記関節から各アーム上の所定量内側の中間支点間を連結した第2の連結部材とを、両連結部材間の前記直線移動方向へのズレを規制するとともに、両連結部材間が平行状態を保持して相対変位を許容する規制部材で連結してなる平行保持部を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a short link of a first parallel link and a short link of a second parallel link are shared and connected, and a turning motion applied to an arm end of the first parallel link. In the transfer arm, the angle formed by the arm of the first parallel link and the arm of the second parallel link is changed to linearly move the transfer table provided at the short node on the free end side of the second parallel link. From the joints constituting the shared short nodes, from the joints of the first parallel links that connect the end fulcrums obtained by extending the arms of the first parallel links by a predetermined amount, and the joints of the second parallel links The second connecting member that connects the intermediate fulcrum on the inner side of the predetermined amount on each arm regulates the shift in the linear movement direction between the two connecting members, and maintains a parallel state between the two connecting members. Connect with a regulating member that allows relative displacement. Characterized by comprising parallel retaining portion made.
第1平行リンクの短節と、第2平行リンクの短節とを共有して連結し、前記第1平行リンクのアーム端に付与された旋回動作により、前記第1平行リンクのアームと第2平行リンクのアームのなす角度を変化させて前記第2平行リンクの自由端側の短節に設けられた搬送台を直線移動させるようにした搬送アームにおいて、前記共有された短節を構成する各関節から、前記第1平行リンクの前記関節から各アーム上の所定量内側の中間支点間を連結した第1の連結部材と、前記第2平行リンクの各アームを所定量延長した端部支点間を連結する第2の連結部材とを、両連結部材間の前記直線移動方向へのズレを規制するとともに、両連結部材間が平行状態を保持して相対変位を許容する規制部材で連結してなる平行保持部を備えたことを特徴とする。 The short link of the first parallel link and the short link of the second parallel link are connected in common, and the arm of the first parallel link and the second are connected by a turning motion applied to the arm end of the first parallel link. In each of the transfer arms configured to linearly move the transfer table provided at the short end on the free end of the second parallel link by changing the angle formed by the arms of the parallel link, Between a joint, a first connecting member that connects a predetermined amount inside intermediate fulcrum on each arm from the joint of the first parallel link, and an end fulcrum obtained by extending each arm of the second parallel link by a predetermined amount The second connecting member that connects the two is connected with a regulating member that restricts the displacement in the linear movement direction between the two connecting members and that allows the relative displacement while maintaining a parallel state between the two connecting members. Characterized by having a parallel holding part To.
このとき、前記規制部材は、前記第1の連結部材と第2の連結部材との間に掛け渡された板状バネ部材とすることが好ましい。 At this time, it is preferable that the restricting member is a plate-like spring member spanned between the first connecting member and the second connecting member.
また、前記第1の連結部材の前記第1平行リンクの各アームの前記関節から前記端部支点までの距離と、前記第2の連結部材の前記第2平行リンクの各アームの前記関節から前記中間支点までの距離、または前記第1の連結部材の前記第1平行リンクの各アームの前記関節から前記中間支点までの距離と、前記第2の連結部材の前記第2平行リンクの各アームの前記関節から前記端部支点までの距離が等しく設定することが好ましい。 Further, the distance from the joint of each arm of the first parallel link of the first connecting member to the end fulcrum, and the joint of each arm of the second parallel link of the second connecting member A distance to an intermediate fulcrum, or a distance from each joint of each arm of the first parallel link of the first connecting member to the intermediate fulcrum, and each arm of the second parallel link of the second connecting member. It is preferable that the distance from the joint to the end fulcrum is set equal.
以上に述べたように、本発明の搬送アームによれば、コンパクトな装置構成により、基板等の搬送を高精度に行えることができ、また可動部の潤滑特性に優れ、摩耗等がほとんどないので、クリーンな環境を長期にわたって保持でき、その結果高い耐久性を得ることができるという効果を奏する。 As described above, according to the transport arm of the present invention, the substrate can be transported with high accuracy by a compact apparatus configuration, and the lubrication characteristic of the movable part is excellent, and there is almost no wear. It is possible to maintain a clean environment for a long period of time, and as a result, high durability can be obtained.
以下、本発明の搬送アームの実施するための最良の形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, as the best mode for carrying out the transfer arm of the present invention, the following embodiments will be described with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明の搬送アームの一実施例について、添付図面を参照して説明する。図1(a)は全体が基台プレート2のリンク駆動回転軸R1に支持された搬送アーム1全体を示した平面図である。図1(b)は搬送アームの屈曲状態および、後述する規制部材としての板バネ18及び板バネ18が固定される連結プレート16,17(後述)の位置関係を示した矢視側面である。搬送アーム1は、特許文献1で示した2組の平行リンクを用いた公知の搬送アームと同様に短節を共有して連結し動作する2組の平行リンク10、20とから構成され、装置中心に装備され、図示しない駆動モータの回転により、搬送アーム全体を所定の旋回方向、旋回速度で回転可能なアーム旋回駆動軸(図示せず)の上端に支持されている。
Hereinafter, an embodiment of a transfer arm of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1A is a plan view showing the entire transfer arm 1 supported by the link drive rotation axis R 1 of the
搬送アーム1は、図1(a)に示したように、装置中心軸に一致する関節6をリンク駆動回転軸R1の上端に固着され、他端が関節7である、2本の平行配置されたアーム11,12の軸端を結ぶ短節としての連結プレート5と、連結プレート5と対向する位置の短節26とで平行四辺形を構成する第1平行リンク10と、第1平行リンク10と共有する短節26としての両端関節27、28を、それぞれ回転軸として支持された2本の平行配置されたアーム21、22の各端が連結された第2平行リンク20と、第1平行リンク10の短節26の両端部の関節27,28をわずかに延長したアーム11,12の部材端11aに位置する端部支点13,14に、玉軸受31(図1(b))を介して取り付けられた下面連結プレート16と、第2平行リンク20のアーム21,22の関節27,28から所定量だけわずか内側に位置する中間支点23,24に玉軸受32(図1(b))を介して取り付けられた上面連結プレート17と、下面連結プレート16と上面連結プレート17の外側端に固着された規制部材としての板状バネ18とからなる平行保持部30と、第2平行リンク20の自由端で短節25として機能し、図示しない基板等の搬送対象を載置する搬送台50とから構成されている。
As shown in FIG. 1A, the transfer arm 1 has two parallel arrangements in which a joint 6 that coincides with the central axis of the apparatus is fixed to the upper end of the link drive rotation axis R 1 and the other end is a
以下、搬送アーム1の各関節(軸)及び関節(軸)を介して連結された各部材の構成について説明する。
[平行リンクの構成]
第1平行リンク10の基台への取付構造の構成について図1各図〜図2を参照して説明する。図1(a)は、一実施例として、搬送アーム1の原点位置に停止した状態の搬送アームを示した平面図である。同図に示したように、関節27,28が共有され連結された2組の平行リンク10,20は最も屈曲した状態にある。このとき、図1(a)に示したように、は第1平行リンク10のアーム11は、装置中心軸に関して同軸配置された搬送アーム旋回駆動軸(図示せず)とリンク駆動回転軸R1の軸端に図示しないボルトよって玉軸受(図示せず)を介して独立して回転可能に基台プレート2上に支持されている。基台プレート2は平面視して円板状で、仕様に応じて真空空間内の一部の固定部3上にボルト結合等により固定される。搬送アーム旋回駆動軸及びリンク駆動回転軸R1はそれぞれ、図示しない制御装置により搬送アーム全体の旋回、リンク機構の変形による搬送台50の直線移動が独立して、あるいは同時に行えるように適宜設定できるようになっている。
Hereinafter, the configuration of each joint (axis) of the transfer arm 1 and each member connected via the joint (axis) will be described.
[Configuration of parallel links]
The structure of the attachment structure to the base of the 1st
第1平行リンク10の構成について、図1、図2各図、図3、図4を参照して説明する。図3,図4は平行リンク10,20の各部材の構成するリンク機構を軸線で示したリンクモデルによる図である。図3に示したように、搬送アームの屈曲状態においては、第1平行リンクのアーム11,12は、関節部分の中心軸を平行リンクの頂点とするが、その形状は図1(a)に示したように、各関節位置に配置された所定厚さ及び直径を有する玉軸受(29,31,32:図1(b))を部材端に組み込めるように部材の両端11a、11aが円板形状となっている。
The configuration of the first
同様に、第2平行リンク20の構成について説明する。第1平行リンクのアーム11、12端の関節27,28位置の玉軸受29(図1(b))を介して第2平行リンク20のアーム21,22の円板部21a、22aがボルト(図示せず)止めされている。一方、第2平行リンク20の各アーム22、21の自由端の短節25位置には関節を構成する玉軸受上に搬送台50が固着されている。搬送台50の形状は載置される基板や液晶用ガラス等(図示せず)の大きさ、重量等に応じて最適なフォーク形状を有するように設定される。本実施例では便宜的に仮想線による略四角形で示している。なお、各平行リンクを構成する部材形状は、各リンク部材の軸部材を支持する軸受を保持でき、またリンク形状の変形において部材の干渉がないような形状であれば、適宜の寸法形状に設定できることは言うまでもない。
Similarly, the configuration of the second
[平行保持部の構成]
図1(b)、図2(b)、図3(屈曲状態)、図4(伸長状態)に示したように、第1平行リンク10の関節27,28を通るアーム11,12の延長線上の端部支点13,14において、アーム11,12のそれぞれの円板部11a、12aの下面に、関節27,28の玉軸受29より小さな直径の玉軸受31を介して下面連結プレート16が取着されている。この玉軸受31を介して下面連結プレート16が端部支点13,14を連結しているため、第1平行リンク10の平行四辺形が、たとえば図3から図4の状態に変形した際、下面連結プレート16は、短節26を構成する部位と平行状態を保持して第1平行リンク10の変形に追従して変位(移動)できる。
[Configuration of parallel holding part]
As shown in FIG. 1B, FIG. 2B, FIG. 3 (bent state), and FIG. 4 (extended state), on the extension line of the
このように、第1平行リンクは10は、アーム11,12、連結プレート5及び関節27,28間の短節26と、端部支点13,14を連結した下面連結プレート16で構成されている。一方、第2平行リンク20は、アーム21,22、短節25及びアーム11,22の関節27,28近傍の中間支点23,24を連結する上面連結プレート17とで構成されている。この構造において、さらに下面連結プレート16の端部と上面連結プレート17の端部とは、規制部材としての所定の剛性を備えた板バネ18により連結され、これにより平行リンク10,20の変形による搬送台50の直線移動を確実に保持するための平行保持部30が構成されている。
As described above, the first
すなわち、平行保持部30は、端部支点13,14が、図3,図4に示したように、それぞれアーム11,12上の中心線上の任意の位置に関節27,28,端部支点13,14の4点で扁平な平行四辺形ができるように配置され、同様に中間支点23,24が、それぞれアーム21,22上の中心線上の関節27,28に近い位置に玉軸受32を介して上面連結プレート17が連結され、関節27,28,上面連結プレート17の中間支点23,24の4点で平行四辺形ができるように配置された構成からなる。そしてリンク機構は、幾何学的には、関節27から端部支点13,中間支点23及び関節28から端部支点14,24までの距離は等しくなるように設定されている。すなわち、関節27,28を頂点とする二等辺三角形(△EIC,△FJD)が構成され、第1平行リンク10と第2平行リンク20が変形する際にその頂点の角度が変化するようにリンクは変形する。なお、図3,4では、簡単化のために各リンクの頂点に英文字を付して説明する。
That is, the
この搬送アームのリンク機構の動作により搬送台50のA方向への直線移動が実現する(図1→図2、図3→図4及び図5参照)。この搬送台50が仮想線C上をA方向に直進するためには、上述したように二等辺三角形(△EIC,△FJD)が不等辺三角形にならないよう、すなわち、端部支点13,14を結ぶ下面連結プレート16と中間支点23,24を結ぶ上面連結プレート17とがX方向に相対的にずれないように保持されることが必要である。そのために本発明では、規制部材として厚さ0.2mm、幅80mmの鋼板を板バネ18として使用し、上面連結プレート17と下面連結プレート16の端面にボルト19で固定した。また搬送アーム1の屈曲、伸長動作時において、端部支点13,14を結ぶ直線(IJ)と中間支点23,24を結ぶ直線(CD)とが関節27,28を挟んでY方向へ同量だけ相対位置が変化する。上述の板バネ18はこの相対位置変化により生じた連結板16と連結板17のY方向ずれを吸収可能な余裕長さに設定されている。
The movement of the link mechanism of the transfer arm realizes linear movement of the transfer table 50 in the A direction (see FIGS. 1 to 2, FIG. 3 to FIGS. 4 and 5). In order for the
この規制部材としての板状バネとしてはY方向へのズレを吸収し、A方向への変位を拘束可能なねじれ剛性を備えた部材であれば、上述の寸法に限定されず、またバネ鋼以外の材質等、適宜選定できることはいうまでもない。また、同様の変位の規制が実現し、同様の効果が得られる機構であれば、各種のリニアガイド、リンク機構等で代替させることができる。 The plate-like spring as the restricting member is not limited to the above-described dimensions as long as it is a member having torsional rigidity capable of absorbing the displacement in the Y direction and restraining the displacement in the A direction. Needless to say, the material can be appropriately selected. In addition, various linear guides, link mechanisms, and the like can be used as long as the mechanism can achieve the same displacement regulation and achieve the same effect.
また、上述の第1平行リンク10と第2平行リンク20との連結において形成される平行保持部30の他の実施例として、端部支点13,14が、それぞれアーム21,22上の中心線上の関節27,28を所定量延長した位置に設けられ、関節27,28、端部支点13,14の4点で扁平な平行四辺形が形成され、同様に中間支点23,24が、それぞれアーム11,12上の中心線上の関節27,28に近いアーム11,12上に配置された軸受位置に設けられ、同形の平行四辺形が形成されるようにしても良い。
Further, as another embodiment of the
以下、上述した搬送アーム1の直線移動について図3〜図5を参照して説明する。
リンク駆動回転軸R1の上端に締結されたアーム11は、同回転軸R1を中心に回転し、この結果、第1平行リンク10は、図3、図4に示したように、アーム11,12,連結プレート5,下面連結プレート16で構成された平行四辺形(□ACDB)は、旋回動作に応じて扁平四辺形→長方形→扁平四辺形と変形する。また同時に下面連結プレート16が支持された端部支点13,14と関節27,28とで構成された、当初扁平な平行四辺形(□ECDF)も同様に変形する。このとき、第2平行リンク20は関節27,28を介して、平行保持部30を介して第1平行リンク10に連結されている。これにより、さらに第2平行リンク20のアーム21,22上の中間支点23,24を連結するように取り付けられた上面連結プレート17は、第1平行リンク10の下面連結プレート16に固着された板状バネ18によってX方向に対しての相対ズレが規制される。そして、第1平行リンク10と第2平行リンク20の一部で形成される平行四辺形(□ECDF,□IEFJ)は短節26を対称軸(EF)とした対称形状を保持して第1平行リンクと同様の形状を経て変形する。したがって、第2平行リンク20も関節27,28を一辺とする平行四辺形(□EFHG)が第1平行リンク10の平行四辺形(□EFBA)と同様に変形し、この結果、第2平行リンク20の短節25上の搬送台50は、仮想線C上を矢印A方向に直線移動することができる(図2,図4参照)。
Hereinafter, the linear movement of the transfer arm 1 will be described with reference to FIGS.
The
図5は、本発明の第1平行リンク10及び第2平行リンク20と、それぞれのアームに取着された平行保持部30を構成する下面連結プレート16と、上面連結プレート17と、下面連結プレート16と上面連結プレート17とを連結する板状バネ18との位置関係を、搬送アーム1の屈曲、伸長状態に応じて示した模式リンクモデル図である。同図に示したように、第1平行リンク10と第2平行リンク20とがもっとも屈曲した状態(a)から、もっとも伸長した状態(e)のうち、下面連結プレート16と上面連結プレート17の間の距離が大きいのが、同図(b)の上下の平行リンク10,20が重なる状態で、この状態で板状バネ18がもっともY方向にずれた状態となる。板状バネ18はこの状態でも過度の応力状態とならないような形状寸法に設定されている。
FIG. 5 shows the first
1 搬送アーム
2 基台プレート
5 連結プレート
10 第1平行リンク
11,12,21,22 アーム
11a,12a,21a,22a 部材端
13、14 端部支点
16 下面連結プレート
17 上面連結プレート
18 板バネ
20 第2平行リンク
23,24 中間支点
25,26 短節
30 平行保持部
50 搬送台
R1 リンク駆動回転軸
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