JP2006205264A - 基板搬送装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 シングルアームの動作と連係して2本のチャックがそれぞれ独立して動作して基板等の搬送を行えるようにする。
【解決手段】 チャックに所定の直進動作を付与して基板を基板受け渡し位置まで搬送可能な基板搬送装置において、ベルト7によって回転駆動されるハンド駆動プレート10と、ハンド駆動プレートの上下位置に配設されハンド駆動プレートの回転動作に追従して旋回可能であって先端にチャック21A,22Aが連結された第1リストブロック13,第2リストブロック15と、それぞれのリストブロックのアーム3に対する旋回方向を規制する第1ストッパピン35,第2ストッパピン36と、を有する。ハンド駆動プレートと第1リストブロック,第2リストブロックとは磁力結合されており、ハンド駆動プレートが旋回するとストッパピンで規制されない方向についてはリストブロックも磁力結合によってハンド駆動プレートと同時に旋回する。
【選択図】 図3

Description

本発明は基板搬送装置に係り、シングルアームに簡単な機構を組み込み、シングルアームの動作と連係して2本の先端ハンドがそれぞれ独立して動作して基板等の搬送を行えるようにした基板搬送装置に関する。
近年、半導体や液晶基板等の製造工程において、基板搬送の効率化、スループットの向上のために、2本の搬送アームが同時に他行程の動作を進行する、ツインアーム(ダブルアーム)方式等の基板搬送装置(搬送ロボット)が主流となっている。しかし、ツインアーム方式の基板搬送装置では、当然、それぞれのアームの旋回、伸長動作を実現するための機構を、各アーム内に装備し、それらが相互に動作するような制御を行わなければならない。これに対して、シングルアームの先端に2本のハンド(フォーク、エンドエフェクタ、フィンガともいわれる。)を設け、シングルアームの動作と連係してそれぞれのハンドの動作を独立して操作可能な機構を組み込み、ツインアーム方式の搬送ロボットと同様の基板搬送動作を実現した先行技術もある(特許文献1,特許文献2参照)。
特許文献1に開示された基板搬送装置ではシングルアームとしての先端アームA1,A2は、根元部で支柱6で上下位置に連結された2段構造となっており、それぞれの先端アームA1,A2の先端に、上下に接近して配置されたエンドエフェクタE1,E2が支持されている。各エンドエフェクタE1,E2は先端アームA1、A2内に内蔵された伝達手段16,17によりそれぞれ独立してベースアーム20に対して所定の旋回、伸長動作が実現できるようになっている。
特許文献2に開示された基板搬送装置では第2アーム4の先端に、上下に接近して配置された第1フォーク5、第2フォーク6とが独立して回転可能な軸12,13に支持されている。第1フォーク5、第2フォーク6は軸12,13に取り付けられたプーリ14,15、ベルト20,21を介して第1フォーク5、第2フォーク6とが同心の軸12,13回りに所定の角度をなして旋回し、搬送対象の基板等の移し替え作業が実現できるようになっている。
特開2002−158272号公報 特開2002−184834号公報
ところで、特許文献1、特許文献2に開示されたシングルアームの基板搬送装置では、いずれも2本の(先端アームA1,A2)、(第1フォーク5、第2フォーク6)が所定の関係を保持して旋回動作を行えるように、アーム(フォーク)の支持軸は中実軸と、その中実軸と同心の中空軸とを有し、それぞれの軸にベルト等の駆動伝達部が連係し、それぞれのアーム(フォーク)の独立動作を実現する必要があり、従来のツインアーム方式の駆動機構に比べて、部品形状は軽量でシンプルになってはいるが、把持機構、駆動伝達機構等を成立させる部品の構成等はほとんど同じであり、機構全体としての簡素化が図れていないのが実情であった。このため全体のコストダウン等もほとんど図られていなかった。
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、シングルアーム方式の搬送装置の旋回アームの先端に磁石を用いた吸着機構を備え、少ない部材数で構成されたローコストの基板搬送装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は搬送アームの先端の関節部を介して設けられた先端ハンド上に基板を載置保持させて、前記搬送アームを回転駆動軸回りに旋回させるとともに、前記先端ハンドに所定の直進動作を付与して前記基板を基板受け渡し位置まで搬送可能な基板搬送装置において、前記先端ハンドは、前記搬送アーム先端に設けられ回転力を伝達可能な軸保持部材に支持され所定方向に回転可能なハンド駆動部材と、該ハンド駆動部材の上下位置に配設され、前記先端ハンドが先端に連結され、前記ハンド駆動部材の回転動作に追従して旋回可能なハンド根元部材とを有し、前記ハンド駆動部材と前記ハンド根元部材とを磁力吸着して、前記ハンド駆動部材からの回転力が前記ハンド根元部材に直接伝達されるようにしたことを特徴とする。
前記磁力吸着は、前記ハンド駆動部材と前記ハンド根元部材のいずれかに設けられた永久磁石と該永久磁石に吸着される強磁性体との間で生じさせることが好ましい。
前記ハンド根元部材は、前記ハンド駆動部材を挟んだ上下位置に配設され、該ハンド駆動部材の回転力により一方のハンド根元部材が前記搬送アームと所定角度をなして前記ハンド駆動部材の回転に追従して旋回し、他方のハンド根元部材は回転規制部材によって前記搬送アームと所定角度を保持して前記搬送アームの旋回に追従させることが好ましい。
このとき、前記他方のハンド根元部材の位置は、前記搬送アームあるいは前記回転規制部材と、磁力吸引力とで保持されるようにすることが好ましい。
以上に述べたように、本発明によれば、搬送アーム自体をシングルアーム構造とし、少ない簡易な部材によって構成された2本のハンドによる独立動作により、基板搬送を実現でき、装置のコストダウンの効果が得られる。また、基板のパスラインを低くすることができるので、装置として省スペース化、上下方向への移動範囲の拡大を図ることができるという効果も期待できる。
以下、本発明の基板搬送装置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。
以下、本発明の基板搬送装置1の一実施例について、添付図面を参照して説明する。図1には、本発明のシングルアーム方式の基板搬送装置1において、第1アーム2、第2アーム3とが一直線状に伸長した状態にあり、第2アーム3の先端の関節部(第3関節部)には、独立して旋回して基板(図示せず)を把持する2本のチャック(ハンド:後述)と、これらをそれぞれ支持する根元部材(リストブロック:後述)が、上下位置に重なった状態で折り返され、第1アーム2の軸線上に位置した退避状態が示されている。
第1アーム2は、仮想線で示された装置本体Mの中心軸R1と同軸の第1関節部4としての回転駆動軸回りに、図示しない駆動モータにより所定の旋回動作が可能な、中空の扁平アームからなる。そして第1アーム2の幅が細くなった先端部の上面には、第2アーム3が第2関節部5を介して連結されている。さらに、第1アーム2から伝達されたアーム回転駆動力は、この第2関節部5の軸心位置に立設された図示しない支軸に設けられたプーリと駆動ベルト7(図3)とを介して、第2アーム3の先端の第3関節部6の回転支軸としてのプーリ8に伝達され、この伝達機構により、後述する2本のハンド20(21,22)の旋回動作が実現する。以上の説明では、基板を保持する役目を果たすという意味で、シングルアームの先端部材を「チャック」と呼んだが、基板を先端に保持して所定の旋回動作を行う部材の意味でチャックおよびその根元部材のリストブロックを含む部材全体を「ハンド」と呼び、第3関節部6に旋回可能にハンド根元部材に支持された、上側のハンドを第1ハンド21、下側のハンドを第2ハンド22と記す。これらのハンド20は、上述の先行技術のフォーク、先端アームと同義の基板保持部材である。
以下、第2アーム3の第3関節部6で旋回可能に支持された第1ハンド21、第2ハンド22の構成について、図2の部分分解斜視図、図3の部分断面図を参照して説明する。 第2アーム3内の第3関節部6には、本実施例では、図3に示したように、駆動ベルト7を介して回転駆動力が伝達されるプーリ8が、玉軸受9を介してアーム内面に形成されたフランジ3bに回転可能に保持されている。このプーリ8は、その上面の一部が、図2,図3に示したように、第2アーム3の上面においてリング状の回転面8aとして露出するように、第2アーム3の第3関節部6内に収容されている。この回転面8aには、後述するハンド駆動プレート10を保持する軸保持部材としての保持リング11が底面フランジ11aを介してネジ止めされている。さらにこの保持リング11には、図2に示したように、玉軸受リング12を介して第2ハンド22の根元部材としての第2リストブロック15が外嵌されている。そしてその上にハンド駆動部材としてのハンド駆動プレート10が固着フランジ10aを介して嵌着されている。このハンド駆動プレート10は保持リング11と一体となるように密着して嵌め込まれている。これにより、プーリ8の回転駆動力は第2アーム3の上面の回転面8a、保持リング11を介してハンド駆動プレート10に伝達され、プーリ8の回転に応じた旋回動作が付与される。ハンド駆動プレート10の上側には、さらに保持リング11に嵌着された玉軸受リング14を介して、第1ハンドの根元部材としての第1リストブロック13が外嵌されている。保持リング11の高さは図3に示したように、第1リストブロック13までの各部材を重ねた高さと等しく設定されている。また、この保持リング11内には、図3に示したように、上方から第3関節部6をわずかに隙間をあけて覆う蓋プレート17を有する関節部連結リング16が遊嵌され、その底部は第2アーム3内の底部にネジ止めされている。そして第1リストブロック13の先端の上面と第2リストブロック15の先端の下面とには、それぞれ先端に基板が載置される細長平板状のチャック21A,22Aが固着される凹所13a,15aが形成されている。チャック21A,22A内には先端まで公知の真空吸着パイプ(図示せず)が配管され、ハンド先端に載置された基板(図示せず)が吸着保持されるようになっている。
ここで、第1ハンド21と第2ハンド22とが第2アーム3に対して所定の旋回動作あるいは同期動作を実現するための構成について、図2、図3を参照して説明する。
まず、第1ハンド21、第2ハンド22の位置保持のために、たとえば本実施例では、第2アーム3の上面と第2ハンド22とが一直線上に保持されるように、第2アーム3の上面のプーリ8の回転面8aの周辺位置に平面形状が円形の強磁性体23が固着されている。一方、第2リストブロック15の下面の、強磁性体23に対向する位置には、強磁性体23とほぼ同形の永久磁石24が埋設されている。永久磁石24の磁力が第2アーム3上の強磁性体23を吸引保持することによって第2リストブロック15は第2アーム3に対してほぼ同一軸線上の位置を保持できる。一方、関節部連結リング16の蓋プレート17の縁部近傍位置には、上述の強磁性体23と同形の強磁性体25が嵌着されている。そして第1リストブロック13の上面にも、これらの強磁性体25と対向する位置に強磁性体25とほぼ同形の永久磁石26が埋設されている。これにより、第1リストブロック13もこの永久磁石26と強磁性体25との間の吸引力によって第2アーム3に対してほぼ同一軸線上、すなわち第2リストブロック15の上側でハンド駆動プレート10を挟んで同方向を向いて重なる位置を保持することができる。
ハンド駆動プレート10は、その旋回方向に応じて上述の第1リストブロック13あるいは第2リストブロック15を一体的に駆動する機能を有する。この機能の実現のために、ハンド駆動プレート10の先端側には、一方の側面に上向きに、反対側の側面に下向きに屈曲して形成された規制フランジ27,28が設けられている。本実施例では、これら規制フランジ27,28の内側面には薄板状の永久磁石30,31が貼着されており、上向きの規制フランジ27の永久磁石30には第1リストブロック13の側面に取着された強磁性体板32が磁力吸着し、下向きの規制フランジ28の永久磁石31には第2リストブロック15の側面に取着された強磁性体板33が磁力吸着するようになっている。
ハンド駆動プレート10には、上述したように、第2アーム3の上面に露出したプーリ8の回転面8aの回転力が保持リング11を介して伝達され、第2アーム3との相対的な回転方向(図2中、矢印A方向またはB方向)の旋回動作が実現するようになっている。このハンド駆動プレート10は、図1に示したように第1アーム2と第2アーム3が、重なった屈曲状態(なす角=0°)の退避位置から、両アーム2,3が旋回途中で一旦、重なるようにその旋回角が制御され旋回するが、ハンド駆動プレート10の方向は常に軸線C方向を向くように、その旋回角が制御されている。また、本実施例では、ハンド駆動プレート10の一方向の相対的な旋回に応じて第1リストブロック13または第2リストブロック15のいずれかが相対的な旋回動作をとれるように、第2ストッパピン35が第2アーム3上面に、第1ストッパピン36が関節部連結リング16の蓋プレート17の下面に突設されている。
[ハンド駆動プレートの相対的な旋回動作と、リストブロックの旋回動作との関係]
ハンド駆動プレート10の相対的な旋回動作と、第1リストブロック13と第2リストブロック15の旋回動作との関係について図2を参照して説明する。図1に示した退避状態では、第1リストブロック13は磁力吸引により関節部連結リング16の蓋プレート17の強磁性体25の位置に、第2リストブロック15は磁力吸着により第2アーム3の上面の強磁性体23の位置に対向して、その位置が保持されている。この状態で、ハンド駆動プレート10が矢印A方向(図2)に相対的に旋回すると、規制フランジ27を介して第1リストブロック13を回転させようとする力が第1リストブロック13と関節部連結リング16の蓋プレート17との磁力吸引を上回って両者による位置保持が解除される。これにより、第1リストブロック13は、ハンド駆動プレート10の規制フランジ27の永久磁石30が第1リストブロック13の側面の強磁性体32に磁力吸着した状態で、矢印A方向に相対的に旋回することができる。このとき、ハンド駆動プレート10の下側に位置する第2リストブロック15は第2アーム3上の第2ストッパピン35に旋回が抑止され、第2リストブロック15は、第1リストブロック13が第2アーム3に対して矢印A方向に相対的に旋回する際、ハンド駆動プレート10からの駆動力の伝達は遮断され、第2リストブロック15の下面の永久磁石24が第2アーム3の上面の強磁性体13に磁力吸着した状態で、第2アーム3と所定の角度を保持して一体的に旋回する。本実施例の図2のストッパピン35の位置では第2リストブロック15の方向と第2アーム3との軸線方向が一致するようになっている。
[第1ハンドによる基板搬送動作]
以下、第2ハンド22が退避状態を保持して、第1アーム2、第2アーム3の旋回、伸長動作に同期して旋回し、第1ハンド21が所定の基板受け渡し位置に直動することができる動作について、図4を参照して説明する。図4(a)は第1アーム2および第2アーム3が一直線状をなし、第1ハンド21及び第2ハンド22が第2アーム3上に上下に重なって軸線上の矢印C方向を向いた状態にある。この退避状態から平面視して第1アーム2が反時計回り(左回り)に第1関節部4の回りに旋回し、この旋回に同期して第2アーム3が第1アーム2となす「逆くの字」(平面視して伸張方向に対し右側に第2関節部が位置する状態)の角を狭めて矢印C方向と直角な位置で重なり(同図(c))、第1アーム2と第2アーム3とが入れ替わった「逆くの字」の角を広げながら、さらに矢印C方向に向けて伸張し(同図(d))、最終的に第1アーム2と第2アーム3とが一直線状に伸長し、第3関節部6を支軸として第1リストブロック21は常に矢印C方向を向き、その先端のチャックはワークピース受渡し位置に到達する(同図(e))。このとき第2リストブロック15は、ハンド駆動プレート10が第2アーム3と相対的に回転すると同時に、ストッパピン35に当接し、さらに回転力がハンド駆動プレート10に作用すると、第2リストブロック15の側面の強磁性体33と駆動プレート10の下向きフランジ28の永久磁石31との磁力吸引が解け、第2リストブロック15は第2アーム3と一体化した旋回動作をとり、ワークピース受渡し位置より遠ざかる方向に回転しながら移動(退避)する。この時、ストッパピン35に当接した第2リストブロック15がその位置を保持できるように第2アーム3上面の強磁性体23と第2リストブロック15下面の永久磁石24とが磁力吸引された状態に保持されている。
[第2ハンドによる基板搬送動作]
一方、2段に重なっている下側に位置する第2ハンド22が伸長して基板を所定位置に搬送する動作について図5各図を参照して説明する。図5(a)は図4(a)と同じく、第1アーム2および第2アーム3が一直線状をなし、第1ハンド21及び第2ハンド22が第2アーム3上に上下に重なって軸線上の矢印C方向を向いた状態を示している。この退避状態から平面視して第1アーム2が時計回り(右回り)に第1関節部4の回りに旋回し、この旋回に同期して第2アーム3が第1アーム2となす「くの字」(平面視して伸張方向に対して左側に第2関節部が位置する状態)の角を狭めて矢印C方向と直角な位置で重なる(同図(c))。引き続き、第1アーム2と第2アーム3とが入れ替わった「くの字」の角を広げながら、矢印C方向に向けて伸張し(同図(d))、最終的に第1アーム2と第2アーム3とが一直線状に伸長し、第3関節部6を支軸として第2ハンド22は矢印C方向を向き、その先端のチャック22Aはワークピース受渡し位置に到達する(同図(e))。このとき第1リストブロック13は、ハンド駆動プレート10が第2アーム3と相対的に回転すると同時に、ストッパピン36に当接し、さらに回転力がハンド駆動プレート10に作用すると、第1リストブロック13の側面の強磁性体32とハンド駆動プレート10の規制フランジ27の永久磁石30との磁力吸引が解け、第1リストブロック13は第2アーム3と一体となって旋回動作をとり、ワークピース受渡し位置より遠ざかる方向に回転しながら移動(退避)する。このときストッパピン36に当接した第1リストブロック13がその位置を保持できるように蓋プレート17の強磁性体25と第1リストブロック13の永久磁石26とが磁力吸引された状態に保持されている。
[第1ハンドと第2ハンド間の保持角度の変形例]
上述の図4,図5の各図で示した2本のハンド21,22の退避タイミングは、一方のハンド(たとえば第1ハンド21)が完全に伸長した状態で他方のハンド(第2ハンド22)が一直線状となる退避状態に位置するように、ストッパピン35,36の設置位置が調整されていた。そこで、第1ハンド21,第2ハンド22の旋回角を規制するストッパピン35,36の取付位置(第2ストッパピン35:第2アーム3の上面、第1ストッパピン36:関節部連結リング16の蓋プレート17の下面)及び強磁性体23,25の取付位置とを、上述の実施例の位置から傾けた位置に配置することにより、第1ハンド21と第2ハンド22の初期の退避状態を、図6(a)に示したように、軸線Cから両側に所定の等角度に振った状態に位置させることができる。そして、ハンド駆動プレート10を矢印A方向に相対的に旋回させることで、第1ハンド21が軸線C方向に向いたときに上向きの規制フランジ27が第1リストブロック13の強磁性体32に磁力吸着し、ハンド駆動プレート10の相対的な旋回動作に伴い、第1アーム2、第2アーム3の旋回角度に連係しながら、常に軸線C方向を向いて(図6(b))直線移動することができる一方、第2リストブロック15は第2アーム3上に形成されたストッパピン35に当接し、その旋回動作が第2アーム3の旋回動作に追従するように動作する。すなわち、本変形例では、第2アーム3の軸線から設定された角度を保持して相対的に旋回するように規定されており、たとえば同図(d)の状態で、第1ハンド21と第2ハンド22とが一直線状となる。すなわち、第1ハンド21が基板受け渡し位置に到達する前に第2ハンド22は退避位置に到達し、次行程作業を行うことが可能となる。その後、第1ハンド21が基板受け渡し位置に到達した際に、第2ハンド22はすでに所定の設定角度だけ、退避位置から旋回した状態にある。
以上の動作と同様に、第2ハンド22を軸線C方向に直進させるとともに、第1ハンド21を第2ハンド22と所定の角度を保持して一体的に旋回させることができる。このように所定の角度をなして旋回させることで、小型の半導体製造装置内に搬送経路の省スペース化を図ることができる。
また、上述の場合、それぞれのリストブロック13,15に、その軸線方向に沿って1本のチャック21A,22Aを取り付けるように設計されているが、フォーク状、枝状をなし、複数の基板を保持できる形状としたチャックを先端に取り付けたり、リストブロックを中心位置としてその両側にハンドを延在させることも可能である。
本実施例では、第2アーム3側に強磁性体23,25を、リストブロック側に永久磁石24,26を取り付け、ハンド駆動プレート10の先端を折り曲げて形成されたフランジ27,28に永久磁石30,31を取り付け、その位置に対向する第1リストブロック13と第2リストブロック15の側面に強磁性体32,33を取り付け、両者の磁力吸着状態を保持させたが、永久磁石、強磁性体の取付位置は同様の作用を得ることができれば、磁石側、磁性体側等の取付部位も駆動側、従動側を適宜選択して設計することができる。また、永久磁石は細いシート状の金属磁石、セラミックス磁石がハンドの動作時の位置精度を確保するため好適である。加工性のよい可撓性磁石を用いる場合には、位置精度確保のため、位置ガイド、ストッパ等を併用することが好ましい。一方、ステンレス鋼を主材質とするハンドリストブロックの側面には各種の鋼、ニッケル、コバルト合金の強磁性体を適宜、用いることができる。
本発明の基板搬送装置のアームの退避状態を示した斜視図。 基板搬送装置の第2アーム先端の部材構成を示した部分分解斜視図。 基板搬送装置の第2アーム先端の部材構成を示した部分断面図。 搬送アームと第1ハンド21及び第2ハンド22の動作状態を示した動作説明図(第1ハンド21直進)。 搬送アームと第1ハンド21及び第2ハンド22の動作状態を示した動作説明図(第2ハンド22直進)。 搬送アームの退避状態において第1ハンド21と第2ハンド22との間に所定の角度をつけた変形例を示した動作説明図。
符号の説明
1 基板搬送装置
2 第1アーム
3 第2アーム
6 第3関節部
10 ハンド駆動プレート
11 保持リング
13 第1リストブロック
15 第2リストブロック
16 関節部連結リング
17 蓋プレート
20 ハンド
21 第1ハンド
22 第2ハンド
27,28 フランジ
23,25,32,33 強磁性体
24,26,30,31 永久磁石
35 第2ストッパピン
36 第1ストッパピン

Claims (4)

  1. 搬送アームの先端の関節部を介して設けられた先端ハンド上に基板を載置保持させて、前記搬送アームを回転駆動軸回りに旋回させるとともに、前記先端ハンドに所定の直進動作を付与して前記基板を基板受け渡し位置まで搬送可能な基板搬送装置において、
    前記先端ハンドは、前記搬送アーム先端に設けられ回転力を伝達可能な軸保持部材に支持され所定方向に回転可能なハンド駆動部材と、該ハンド駆動部材の上下位置に配設され、前記先端ハンドが先端に連結され、前記ハンド駆動部材の回転動作に追従して旋回可能なハンド根元部材とを有し、前記ハンド駆動部材と前記ハンド根元部材とを磁力吸着して、前記ハンド駆動部材からの回転力が前記ハンド根元部材に直接伝達されるようにしたことを特徴とする基板搬送装置。
  2. 前記磁力吸着は、前記ハンド駆動部材と前記ハンド根元部材のいずれかに設けられた永久磁石と該永久磁石に吸着される強磁性体との間で生じることを特徴とする請求項1に記載の基板搬送装置。
  3. 前記ハンド根元部材は、前記ハンド駆動部材を挟んだ上下位置に配設され、該ハンド駆動部材の回転力により一方のハンド根元部材が前記搬送アームと所定角度をなして前記ハンド駆動部材の回転に追従して旋回し、他方のハンド根元部材は回転規制部材によって前記搬送アームと所定角度を保持して前記搬送アームの旋回に追従することを特徴とする請求項1に記載の基板搬送装置。
  4. 前記他方のハンド根元部材の位置は、前記搬送アームあるいは前記回転規制部材と、磁力吸引力とで保持されることを特徴とする請求項3に記載の基板搬送装置。
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