JP2008073788A - 基板吸着装置およびそれを用いた基板搬送ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】吸着力を保持しながら基板の変形に追従するとともに、外力が開放されたとき（基板開放時）に元の位置に戻る復元力を有し、安定的な基板吸着装置およびこれを用いた搬送ロボットを提供する。
【解決手段】基板吸着部１４１を有する中空の吸着パッド１４と、この吸着パッド１４を弾性的に支持する弾性部材からなるパッド支持部材１５と、エア吸着力を発生する基板吸着部１４１とを備えた基板吸着装置１３において、
摩擦低減機構を有するマニホールド１６と、前記吸着パッド１４と前記マニホールド１６との間に弾性体１８を備えたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、大型ガラス基板を搬送する装置に関する。

従来の基板吸着装置は、基板の傾きなどに対応できるように工夫されている（例えば、特許文献１参照）。
図８は、基板吸着部材２３の概略構成の断面図を示している。この場合、図８は、左右対称形状の中心面から半分だけを図示したものである。図において、２４は合成樹脂などで形成される中空の吸着パッドで、この吸着パッド２４は、上方に吸着部２４１を有し、この吸着部２４１の中央部には、中空部に連通する穴部２４２を形成している。また、この吸着パッド２４の上方周面に、段部１４３を形成している。
吸着パッド２４の中空部に僅かな間隙２６を介して筒状のパッド支持部材２５を挿入している。このパッド支持部材２５は、ゴムなどの比較的柔らかく変形し易い弾性部材からなるもので、先端部に吸盤２５１を形成し、この吸盤２５１面を吸着パッド２４の吸着部２４１の裏面側に当接している。
特開平１０−８６０８６号公報（第３頁、図２）

大形ガラス基板の搬送作業には、高温槽への搬送や高低差のある装置への搬送など多用途に対応する必要があり、周囲温度と大きく異なる温度環境へフォークごと侵入させ、ガラス基板を配置させるような作業もある。このような場合、急激な温度変化によって、フォークとガラス基板や、基板吸着装置とガラス基板の熱膨張の差が生じる。このために基板吸着装置とガラス基板が外れ、ガラス基板が落下したり、装置内の正確な位置に位置決めができない等の問題が生じており、ガラス基板への処理工程ができない等の問題も生じていた。大形ガラス基板にすることの背景には、スループットの向上があり、前記した問題が生じると大形ガラス基板処理ラインが止まり、歩留まりが低下するだけでなく復旧するまでに多大な時間が生じる等の問題が生じることになる。また、スループットを向上させるためには、大形ガラス基板の搬送時間を極力短くする必要がある。このために基板搬送ロボットは、加減速度を大きくし搬送距離間を高速に移動するようになっている。このようにすると、大形ガラス基板は撓みを生じたり、振動が生じる。これらの撓みや振動により基板吸着装置により把持されたガラス基板は落下したり、装置内の正確な位置に位置決めができない等の問題が生じる。
以上のような大形ガラスの搬送装置には潜在的な問題点を有しているが、従来の基板吸着装置でも、搬送中の基板の変形に対して自由度を有していないため、熱膨張や振動、撓みなどの外乱などの影響によって吸着が外れるという問題が生じていた。また、吸着が外れなくてもパッドの位置や位相が変化して、安定的な吸着ができないというような問題も生じ、正確な位置に位置決めができない等の問題が生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、吸着力を保持しながら基板の変形に追従するとともに、外力が開放されたとき（基板開放時）に元の位置に戻る復元力を有し、安定的な基板吸着装置およびこれを用いた搬送ロボットを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、基板吸着部を有する中空の吸着パッドと、この吸着パッドを弾性的に支持する弾性部材からなるパッド支持部材と、エア吸着力を発生する基板吸着部とを備えた基板吸着装置において、摩擦低減機構を有するマニホールドと、前記吸着パッドと前記マニホールドとの間に弾性体を備えたものである。
請求項２に記載の発明は、前記弾性体が、円環体から形成されたものである。
請求項３に記載の発明は、前記吸着パッドが、前記弾性体の外周を支持するように円周上に等間隔で複数個のピンを備えたものである。
請求項４に記載の発明は、前記マニホールドに、前記弾性体の内周を支持するように円周上に等間隔で複数個の突起が形成されたものである。
請求項５に記載の発明は、前記摩擦低減機構は、前記マニホールドに形成された溝に球体を配置して形成したものである。
請求項６に記載の発明は、前記摩擦低減機構が、前記マニホールドと前記吸着パッドが接する少なくとも一方の面に低摩擦係数の素材が形成されたものである。
請求項７に記載の発明は、前記摩擦低減機構が、前記マニホールドと前記吸着パッドが接する面で反発力が作用する非接触機構で構成されたものである。
請求項８に記載の発明は、前記摩擦低減機構が、前記マニホールドと前記吸着パッドが接する面で同極の磁性により反発力が生じるような磁気現象によるものである。
請求項９に記載の発明は、前記基板吸着部によりエア吸着力が作用した場合、前記吸着パッドは、前記摩擦低減機構に接するものである。
請求項１０に記載の発明は、基板吸着部を有する中空の吸着パッドと、この吸着パッドを弾性的に支持する弾性部材からなるパッド支持部材と、エア吸着力を発生する基板吸着部とを備えた基板吸着装置において、ガラス板を載置するフォークと同一面上に配置された押さえ板と、前記押さえ板よりも突出するように形成された吸着パッドを備えたものである。
請求項１１に記載の発明は、前記吸着パッドが、前記弾性部材の変位量よりも小さい突出量で、前記押さえ板よりも突出するように形成されたものである。
請求項１２に記載の発明は、前記基板吸着部によりエア吸着力が作用した場合、前記吸着パッドは、前記押さえ板と同一平面になるものである。
請求項１３に記載の発明は、基板吸着部を有する中空の吸着パッドと、この吸着パッドを弾性的に支持する弾性部材からなるパッド支持部材と、エア吸着力を発生する基板吸着部とを備えた基板吸着装置において、前記吸着パッドの中心軸に沿って中空の前記パッド支持部材およびマニホールドの吸入口が配置され、前記吸着パッドと前記マニホールド間には、前記パッド支持部材の変位量に相当する空間を備えたものである。
請求項１４に記載の発明は、前記マニホールドが、前記吸着パッドの中心軸を中心に円筒孔を形成されたものである。
請求項１５に記載の発明は、搬送物を載置するフォークと、前記フォークと連結され、少なくとも２つ以上の回転関節を備え、前記フォークを１方向に移動するように伸縮し、軸方向に対向するように配置された多関節アームと、前記多関節アームと上下に移動するコラムに取り付けられた移動機構とを連結する支持部材と、前記移動機構に備えられた旋回機能を有する台座とからなる多関節ロボットにおいて、前記フォーク表面から突出した基板吸着装置を備えたものである。
請求項１６に記載の発明は、前記基板搬送ロボットが前記基板を搬送する際に生じる前記基板の変形を前記基板吸着装置の弾性変形で吸収するように前記基板吸収装置が形成されたものである。

請求項１から１４に記載の発明によると、吸着力を保持しながら基板の変形に追従すると共に開放後は自己復帰能力により元の位置にもどることができるので、急激な温度変化による熱膨張や、高速移動時に生じる振動や撓みを基板吸着装置で吸収でき、このような外乱による基板の落下や位置決めの不具合を解消でき、基板製造のスループットを向上させることができる。
請求項１５および１６に記載の発明によると、吸着力を保持しながら基板の変形に追従すると共に開放後は自己復帰能力により元の位置にもどることができる基板吸着装置をフォークに備えることで、ロボットの移動性能を十分発揮した高速移動が可能となり、基板製造における装置間のタクトタイムを短縮でき、スループットを向上させることができる。さらには、確実な基板把持ができることで、基板の落下や位置決めの不具合による調整時間が無くなり、メンテナンス性も向上するものである。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の基板吸着装置の概略構成を示す図である。図において、１１はガラス基板１２を搭載するフォークであり、この上に基板吸着装置１３を設けている。

図２は基板吸着装置１３の概略構成の断面を示す図である。図において１４は中空の吸着パッドで上方に吸着部１４１を有し中央部には吸着部に貫通する穴１４２を形成している。１５はベローズ管からなるパッド支持部材（以降、ベローズ管と呼ぶ）でマニホールド１６と吸着パッド１４との間に設置されており、マニホールド１６の下方に空けられた穴からのエア吸引力は、吸着パッド１４の上方の吸着部１４１へ伝達している。マニホールド１６の下方にはエア吸着力を伝達するためのチューブ１６１やフォーク１２への固定のための穴１６２が設けられている。また、マニホールド１６の中段面には吸着パッド１４の下面との摩擦係数を小さくするために球１７が中段面に形成された溝部１７１に球１７の脱落を防止する図示しないリテーナにより保持されて埋め込まれており、摩擦低減機構を構成している。マニホールド１６の上方には復元力を有する弾性体１８を固定するための突起物が有る。１９は押さえ板であり、フォーク１２と同一表面上になるように形成されており、吸着パッド１４は、押さえ板１９よりも突出するように形成されているが、弾性部材１８の変位量よりも小さくなるように押さえ板１９で吸着パッド１４の突出高さを制限している。また、押さえ板１９は図示しないボルトによってマニホールド１６と固定されている。吸着パッド１４には弾性体１８の固定のためピン２０を複数個埋め込んでいる。
本発明が特許文献１と異なる部分は、吸着パッド１４の下面との摩擦係数を小さくするための球１７の埋め込みとマニホールド１６の復元力としての弾性体１８とを備えた部分である

その動作は、図１に示すように、ガラス基板１２がパッド吸着装置１３の上に来るようフォークが進入してくると、図２に示すように、図示しないポンプによってエア吸着力がチューブ１６１を通って、マニホールド１６、ベローズ管１５、吸着パッド１４、穴１４２、１４１を介してガラス基板１２を吸着することができる。図３はガラス基板吸着後の状態であり、吸着パッド１４は、マニホールド１６に埋め込まれた球１７まで下方向に移動する。その後、ガラス基板１２の移動中に、熱膨張（熱収縮）による基板の変形や振動等により外力が生じた場合、吸着パッド１４上面とガラス基板１２の間の摩擦力は吸着パッド１４下面とマニホールド１６の間の摩擦力よりも球１７によって吸着パッド１４の下面との摩擦係数は非常に小さくなるために大きくなり、ガラス基板の吸着を保持しながら基板の変形にそって吸着パッド１４は、移動することができる。
また、図３に示す状態からガラス基板１２を開放し、元のパッド位置に戻る様子は次のとおりである。上下方向位置は、自己復帰用弾性体１８の復元力により、吸着パッド１４の水平移動、回転の復帰は、図４に示すピン２０、突起１８１との相対位置のズレから生じる弾性体１８の張力のアンバランスを元に戻す作用を利用して元の位置に復帰する。なお、ピン２０と弾性体１８及び、突起１８１と弾性体１８との間にすべりが生じないよう表面粗さや弾性体１８の初期張力は事前に調整してある。
ここで、弾性体１８はゴムやバネ、樹脂バンドなど用途に応じて選定することが可能である。また、球１７の代わりに低摩擦係数のフッ化樹脂や金属その他の部材をマニホールドと吸着パッドの接触面に皮膜してもよいし、吸着パッド下面部とマニホールド上面部との間に同極の磁石やエアによる浮上など摩擦係数を低減する工夫も用途によって選択することが可能である。

次に、このパッド吸着装置を用いた基板搬送ロボットについて説明する。図５に示すように、本発明の基板搬送ロボット１は、関節部３，４，５により回転可能に連結されて回転駆動源よる回転力を伝達し所望の動作をさせるアーム２を二組備えている。また、アーム２によりガラス基板１２を保持するフォーク１１は図中矢印Ｘで示すガラス基板１２の取り出し・供給方向に直線移動可能であるように構成されている。フォーク１１には、図６に示すように基板吸着装置１３が備えられている。また、二組のアーム２に設けられる基端の関節部３の回転中心軸の関係は、図７に示すように、上アーム２１の基端の関節部３に対してフォーク１１の移動方向にずれるように下アーム２２の基端の関節部３が配置するように構成されている。
また、アーム２が設けられている支持部材１０を上下に移動させる上下移動機構９を備えて、アーム２の上下位置を調整可能としている。また、上下移動機構９の台座７は回動可能に設けられ、多関節ロボット１を旋回して向きを変えられるようにしている。ここで、上下移動機構９は、フォーク１１の移動方向と同方向に配置され、支持部材１０は上下駆動機構９からフォーク１１の移動方向に対して直交する方向に突出し、アーム２の基端の関節部３に連結されている。また、下アーム２２に連結する支持部材１０は、アーム２が上下移動機構９により下方へ移動した際に、台座７に干渉しないように図７に示すようにフォーク１１の移動方向にオフセットした形状を形成している。また、上下移動機構１１は、図示しないシールド機能を有する保護カバーで覆われ、コラム８内部からの発塵を抑制している。
このように構成された基板搬送ロボット１により、ガラス基板１２は上下や前後に高い加速度で高速に移動される。基板吸着装置１３の作用によりガラス基板１２を落下することなく把持して、正確な位置へ位置決めするものである。
尚、ここでは基板搬送ロボットにコラムを有する多関節ロボットで説明したが、これに限られるものではなく、リンク機構を備えた多関節ロボットでもよく、フォークを備えたロボットであればよく、スカラーロボットや直動ロボット等のように軸数の少ないロボットでもよく、ロボットの軸数に制限があるものではない。

保持力を維持しながら自由に移動することができるので、フローティング等位置決め用途にも適用できる。

本発明の実施例を示す基板吸着装置の外観図 ガラス基板を把持していない場合の本発明の基板吸着装置の断面図 ガラス基板を把持している場合の本発明の基板吸着装置の断面図 本発明の実施例を示す基板吸着装置のＡ−Ａ断面図 本発明の実施例を示す基板搬送ロボットの斜視図 本発明の実施例を示す基板搬送ロボットの上面図 本発明の実施例を示す基板搬送ロボットの上面図 従来の基盤吸着装置の斜視図

符号の説明

１ 基板搬送ロボット
２ アーム
２１ 上アーム
２２ 下アーム
・ 関節部
７ 台座
８ コラム
９ 上下移動機構
１０ 支持部材
１１ フォーク
１２ ガラス基板
１３ 基板吸着装置
１４ 吸着パッド
１４１ 吸着部
１４２ 貫通穴
１５ ベローズ管
１６ マニホールド
１６１ チューブ
１６２ 固定用穴
１７ 球
１７１ 溝
１８ 弾性体
１８１ 突起物
１９ 押さえ板
２０ ピン

Claims (16)

1. 基板吸着部を有する中空の吸着パッドと、この吸着パッドを弾性的に支持する弾性部材からなるパッド支持部材と、エア吸着力を発生する基板吸着部とを備えた基板吸着装置において、
   摩擦低減機構を有するマニホールドと、前記吸着パッドと前記マニホールドとの間に弾性体を備えたことを特徴とする基板吸着装置。
2. 前記弾性体は、円環体から形成されたことを特徴とする請求項1記載の基板吸着装置。
3. 前記吸着パッドは、前記弾性体の外周を支持するように円周上に等間隔で複数個のピンを備えたことを特徴とする請求項１記載の基板吸着装置。
4. 前記マニホールドには、前記弾性体の内周を支持するように円周上に等間隔で複数個の突起が形成されたことを特徴とする請求項１記載の基板吸着装置。
5. 前記摩擦低減機構は、前記マニホールドに形成された溝に球体を配置して形成したことを特徴とする請求項１記載の基板吸着装置。
6. 前記摩擦低減機構は、前記マニホールドと前記吸着パッドが接する少なくとも一方の面に低摩擦係数の素材が形成されたことを特徴とする請求項１記載の基板吸着装置。
7. 前記摩擦低減機構は、前記マニホールドと前記吸着パッドが接する面で反発力が作用する非接触機構で構成されたことを特徴とする請求項１記載の基板吸着装置。
8. 前記摩擦低減機構は、前記マニホールドと前記吸着パッドが接する面で同極の磁性により反発力が生じるような磁気現象によることを特徴とする請求項７記載の基板吸着装置。
9. 前記基板吸着部によりエア吸着力が作用した場合、前記吸着パッドは、前記摩擦低減機構に接することを特徴とする請求項１記載の基板吸着装置。
10. 基板吸着部を有する中空の吸着パッドと、この吸着パッドを弾性的に支持する弾性部材からなるパッド支持部材と、エア吸着力を発生する基板吸着部とを備えた基板吸着装置において、
    ガラス板を載置するフォークと同一面上に配置された押さえ板と、前記押さえ板よりも突出するように形成された吸着パッドを備えたことを特徴とする基板吸着装置。
11. 前記吸着パッドは、前記弾性部材の変位量よりも小さい突出量で、前記押さえ板よりも突出するように形成されたことを特徴とする請求項１０記載の基板吸着装置。
12. 前記基板吸着部によりエア吸着力が作用した場合、前記吸着パッドは、前記押さえ板と同一平面になることを特徴とする請求項１０記載の基板吸着装置。
13. 基板吸着部を有する中空の吸着パッドと、この吸着パッドを弾性的に支持する弾性部材からなるパッド支持部材と、エア吸着力を発生する基板吸着部とを備えた基板吸着装置において、
    前記吸着パッドの中心軸に沿って中空の前記パッド支持部材およびマニホールドの吸入口が配置され、前記吸着パッドと前記マニホールド間には、前記パッド支持部材の変位量に相当する空間を備えたことを特徴とする基板吸着装置。
14. 前記マニホールドは、前記吸着パッドの中心軸を中心に円筒孔を形成されたことを特徴とする請求項１３記載の基板吸着装置。
15. 搬送物を載置するフォークと、前記フォークと連結され、少なくとも２つ以上の回転関節を備え、前記フォークを１方向に移動するように伸縮し、軸方向に対向するように配置された多関節アームと、前記多関節アームと上下に移動するコラムに取り付けられた移動機構とを連結する支持部材と、前記移動機構に備えられた旋回機能を有する台座とからなる多関節ロボットにおいて、
    前記フォーク表面から突出した基板吸着装置を備えたことを特徴とする基板搬送ロボット。
16. 前記基板搬送ロボットが前記基板を搬送する際に生じる前記基板の変形を前記基板吸着装置の弾性変形で吸収するように前記基板吸収装置が形成されたことを特徴とする請求項１５記載の基板搬送ロボット。

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