JP2010041889A - 搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 長期にわたって高い搬送精度を維持することができる搬送装置を提供すること。
【解決手段】 搬送装置１００は、固定子５１と可動子５２によって構成されたリニアモータ５を備える。固定子５１は、隔壁１１に、搬送方向にそって延設され、可動子５２は、支持台４に配置される。固定子５１と可動子５２の磁気的相互作用により、支持台４は搬送方向に推進する。固定子５１と可動子５２との間の磁気的相互作用により、支持台４に推進方向と浮上方向の力が印加される。支持台４に浮上方向の力が印加されることによって、支持台４及びその積載物の重量を支持するリニアモータガイド７に係る負荷を軽減し、負荷による搬送精度の低下を防ぐことが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リニアモータ駆動機構を備える搬送装置に関する。

リニアモータを駆動源に用いて被搬送物を搬送する搬送装置が知られている
例えば、特許文献１には、隔壁で形成され内部が真空状態に保持された真空トンネルと、真空トンネル内に配置された搬送台と、搬送台を非接触状態にて浮上支持する複数の浮上用電磁石と、搬送台を走行移動させるリニアモータとを備えた磁気浮上真空搬送装置が記載されている。
また、特許文献２には、真空容器外に真空容器内の軌道に沿って移動可能に配置された、コア及びコイルを有する電機子と、真空容器内の搬送台に連結された２次磁極とを備えた真空容器内搬送装置が記載されている。
特開平６−１７９５２４号公報 特開２００３−３３２４０４号公報

近年、この種の搬送装置においては、被搬送物の高い搬送精度あるいは位置精度が要求されている。これに対して、特許文献１に記載の搬送装置においては、被搬送物の移動をガイドする機構を備えていないため、被搬送物に対する支持剛性が不足し、被搬送物が不安定な走行状態となる。つまり被搬送物の高い搬送精度が得られにくいという問題がある。

一方、特許文献２に記載の搬送装置においては、被搬送物の移動をガイドする機構（軌道）を備えているので、所定の搬送精度を得ることが可能である。しかしながら、このようなガイド機構には被搬送物の自重が常に作用しているため、ガイド機構の構成部品（軸受けやガイド軸など）にへたりや損耗等が生じやすく、長期にわたって安定した搬送精度を維持できないという問題がある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、長期にわたって高い搬送精度を維持することができる搬送装置を提供することにある。

本発明に係る搬送装置は、本体と、第１のコアと、可動部と、第２のコアと、ガイド部とを有する。
前記第１のコアは、前記本体に固定される。
前記可動部は、前記本体に対して移動可能に設けられる。
前記第２のコアは、前記可動部に固定され、前記第１のコアとの間での磁気的相互作用により前記可動部を前記本体に対して水平方向に移動させる力と、前記可動部を鉛直方向に押し上げる力を発生させる。
前記ガイド部は、前記可動部の前記本体に対する移動をガイドする。

第１のコアと第２のコアとの間で発生する磁気的相互作用による引力あるいは斥力を、水平方向のみならず鉛直方向にも発生させることより可動部を鉛直方向に押し上げ、ガイド部に掛かる重量による負荷を低減することが可能である。

前記第１のコア及び前記第２のコアの磁化方向は水平方向であり、前記第１のコアの中心と前記第２のコアの中心は鉛直方向にずれていてもよい。

磁化方向が水平方向である第１のコアと第２のコアの中心をずらして配置することによって、磁気的相互作用による鉛直成分の力を発生させることが可能である。

前記第１のコア及び前記第２のコアの磁化方向は水平方向に対して交差する方向であってもよい。

第１のコアと第２のコアの磁化方向が水平方向に対して交差する方向に配置することによって磁気的相互作用による鉛直成分の力を発生させることが可能である。

前記第１のコアは、前記可動部が移動する方向に沿って延設され、前記第２のコアは、前記可動部の移動に伴い、前記第１のコアの、前記第２のコアと対向する部分と磁気的相互作用してもよい。

この構成によれば、可動部が移動しても、第１のコアと第２のコアとの磁気的相互作用を発生させることが可能である。

前記第１のコアは、磁性体であり、前記第２のコアは、電磁石であってもよい。

可動部に配置される第２のコアを電磁石とすることにより、前記可動部に供給される電力を電磁石用の電力としても利用することが可能となる。

前記第１のコアは、真空環境内に配置されてもよい。

前記第１のコアは電磁石ではないため、放熱が困難な真空環境下に配置することが可能である。

前記第２のコアは、非真空環境内に配置されてもよい。

非真空環境内の第２のコアと真空環境内の第１のコアとの相互作用を真空隔壁を介して発生させる。これにより、電磁石である第２のコアで発生する熱を、断熱性の高い真空環境ではなく、非真空環境へ排出することが可能である。

以上のように、本発明によれば、長期にわたって高い搬送精度を維持することができる搬送装置を提供することが可能である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係る搬送装置１００の斜視図である。
図２は、本実施形態に係る搬送装置１００の断面図である。
図３は、本実施形態に係る搬送装置１００の平面図である。

搬送装置１００は、真空室１、搬送ロボット１０、支持台４（可動部）、リニアモータ５、リニアセンサ３、電力供給機構２、リニアガイド７（ガイド部）を備える。

搬送ロボット１０は、真空室１内に配置された、半導体ウエハや液晶ディスプレイに用いられるガラス基板等の図示しない搬送対象物を把持等して搬送する。支持台４は、搬送ロボット１０をその鉛直下方側から支持する。リニアモータ５は、支持台４を真空室１内で水平方向に移動させる。リニアセンサ３はリニアモータ５の位置検出に用いられる。電力供給機構２は、搬送ロボット１０の駆動源に電力を供給する。リニアガイド７は、支持台４を鉛直下方から支持し、リニアモータ５による水平移動をガイドする。
搬送ロボット１０は、真空室１内に配置された、半導体ウエハや液晶ディスプレイに用いられるガラス基板等の図示しない搬送対象物を把持等して搬送する

真空室１は、その真空室１の内外を区画する隔壁１１を有する。真空室１は図示しない真空ポンプに接続され、隔壁１１内を減圧状態に維持することが可能となっている。その真空度は、搬送装置１００に接続される他の処理装置２００（後述）の真空度と実質的に同じになるように設定される。

隔壁１１は、直方体形状であり、水平面である上面１１１と、搬送ロボット１０の移動方向（Ｙ軸方向）で対面する鉛直面である前面１１２及び背面１１３と、その移動方向と水平面内で直交する方向（Ｘ軸方向）で対面する鉛直面である側面１１４及び１１５と、水平面である底面１１６とを有する。底面１１６には、底面１１６のＹ軸中心線を中心とする帯状に、底面１１６より鉛直上方に位置する水平面を有する凸部１１６ａが形成されている。

図３に示すように、搬送装置１００は、典型的には、蒸着装置、プラズマエッチング装置、ロードロック室等、半導体製造プロセスで用いられる図示しない処理装置２００に接続されて使用され得る。

一例として、図３に示すように、隔壁１１の前面１１２、側面１１５及び背面１１３に、処理装置２００がそれぞれ接続されるとする。この場合、搬送ロボット１０が、搬送対象物を、それらの開口１１２ａ、１１５ａ及び１１３ａを介して処理装置２００に搬入、あるいは処理装置２００から搬出する。搬送装置１００に接続される処理装置２００が１つの場合もあり得る。なお、開口１１１ａ等は図示しないゲートバルブにより開閉されるようになっている。

支持台４は、隔壁１１の底面１１６（本体）及び凸部１１６ａの形状に対応する形状でなり、上段部４１と下段部４２とを有する。

支持台４の上段部４１には、搬送ロボット１０の駆動部が収容された駆動ボックス９１が載置されている。この駆動ボックス９１は、ケーブルダクト９２を介して、下段部４２の表面に載置されたコントローラボックス９に接続されている。駆動ボックス９１内、ケーブルダクト９２内及びコントローラボックス９内は気密に連通している。これらの駆動ボックス９１、ケーブルダクト９２及びコントローラボックス９等の容器は耐圧構造であり、当該容器の内圧を、真空室１の（当該容器内を除く）内圧と異なる圧力（本例では大気圧）に維持可能に構成されている。

駆動ボックス９１内に収容された駆動部は、搬送ロボット１０を駆動するための図示しないモータ、その他の機構等で構成される。搬送ロボット１０は、例えば伸縮する多関節アームと、その端部に設けられ、搬送対象物を把持する把持部（ハンド）とを有する。駆動ボックス９１内の駆動部により、搬送ロボット１０が可動され、真空室１に接続された他の処理装置２００にアクセスする。

リニアガイド７は、ガイドレール７１と、被ガイド体７２から構成される。
ガイドレール７１は、底面１１６に、Ｙ軸方向に延伸するように設けられる。本実施形態に係るガイドレール７１は、凸部１１６ａの両側に２本が配置されている。
被ガイド体７２は、支持台４の下段部４２の底面１１６側の面（裏面）側に、ガイドレール７１に係合するように設けられる。
リニアガイド７の材質は特に限定されないが、例えば、鉄（表面処理）、ステンレス鋼等を用いることができる。なお、大気搬送の場合には、リニアガイド７の構成材料として、上記以外の材料のほか、例えば樹脂（プラスチック）等を用いることができる。

図４は、リニアモータ５を示す図である。図４（Ａ）は、リニアモータ５の鉛直方向（Ｚ軸方向）から見た図、図４（Ｂ）はリニアモータ５の水平方向（Ｘ軸方向）から見た図である。
図５は、リニアモータ５のＸ−Ｙ平面における断面図である。
リニアモータ５は、固定子５１（第１のコア）と可動子５２（第２のコア）から構成される。

固定子５１は、真空室１内の凸部１１６ａ上に、Ｙ軸方向に延設される。固定子５１は、その長手方向（Ｙ軸方向）に複数の歯５１１を有する鉄や磁性ステンレス鋼等からなる磁性材である。この種の磁性材料は、アウトガスが少なく、真空内の配置に適している。歯５１１は、固定子５１の両側面（Ｙ−Ｚ平面）に形成される。

可動子５２は、支持台４の上段部４１の裏面に設けられる。可動子５２は、その中心軸が、固定子５１の中心軸に対して鉛直下方に位置し、かつ、少なくとも部分的に、固定子５１と対向するように配置される。可動子５２は、駆動ボックス９１と気密に連通する可動子ボックス５３の内部に収容される。

可動子５２は、長手方向（Ｙ軸方向）で等間隔に複数の磁極部５２１ａを有するヨーク５２１と、これらの磁極部５２１ａにそれぞれ巻回されたコイル５２２とを備える。各磁極部５２１ａには、コイル５２２に電流を印加し、磁極部５１１ａを磁化するための図示しない配線が接続され、各コイル５２２は駆動ボックス９１を経由してリニアモータドライバ９５と接続されている。

また、ヨーク５２１の磁極部５２１ａごとに、複数の永久磁石５２３が設けられている。各永久磁石５２３は、その永久磁石５２３の、固定子５１と対向する端面が露出するように、かつ、その永久磁石５２３の端面と磁極部５２１ａの表面とが面一となるように、磁極部５２１ａに埋設されている。

各磁極部５２１ａは、磁化時に、その磁化方向がＸ軸方向になるように配列される。本実施形態に係る磁極部５２１ａは、２列がＹ軸方向に並列し、各々の列の磁化方向が可動子と対向するように配置される。

このような構成のリニアモータ５は、固定子５１及び可動子５２間のギャップに強力な磁束が発生し、他の方式のリニアモータと比べ大きな磁力を得ることができるが、リニアモータ５の構成はここで示したものに限らない。なお、本実施形態のような永久磁石を埋め込んだ誘導子型リニアモータ、又は、PM型（コア付き）リニアモータにおいては、可動子と固定子の間に推力とともに大きな吸引力が作用する。このためにリニアガイド7への負担が大きくなる。

リニアセンサ３は、隔壁１１の底面１１６に敷設されたリニアスケール３１を有する。
リニアスケール３１から得られたスケール情報は、コントローラボックス９内のリニアモータドライバ９５に送信され、リニアモータドライバ９５は、この情報に基づきリニアモータ５の駆動を制御する。

図１及び図２に示すように、電力供給機構２は、隔壁の側面１１４に配置されている。電力供給機構２は非接触型のものであり、隔壁１１の外側に配置された１次側機構（１次側電磁石２１）と、隔壁１１内に配置された２次側機構（２次側電磁石２２）とを有する。２次側電磁石２２は、コントローラボックス９内に配置され、２次側電磁石２２は、例えば交流電力を直流電力に変換する整流回路を介して、搬送ロボット１０の駆動部を制御する制御器９３、リニアモータドライバ９５等に接続されている。制御器９３、リニアモータドライバ９５等は制御回路やその他の回路を搭載した回路基板等を含む。

図８は、電力供給機構２を示す断面図である。
電力供給機構２は、１次側電磁石２１から電磁誘導により発生する磁場を用いて２次側電磁石２２に電力を供給する。例えば１次側電磁石２１及び２次側電磁石２２は、Ｅ型コア２１１、２２１、これに巻回されたコイル２１２、２２２をそれぞれ備えている。

１次側電磁石２１は、搬送ロボット１０の搬送方向に沿って延設されており、搬送ロボット１０の真空室１内での移動範囲に対応した長さに形成されている。２次側電磁石２２は、上述したようにコントローラボックス９内に配置され、少なくとも搬送ロボット１０が移動する範囲内で１次側電磁石２１に対向するように配置される。

隔壁１１のうち、１次側電磁石２１及び２次側電磁石２２が対面する位置には、磁場を透過させる透過部材１１７が設けられている。コントローラボックス９にも、１次側電磁石２１及び２次側電磁石２２が対面する位置には、透過部材９８が設けられている。これらの透過部材１１７及び９８は、例えば誘電体または半導体が用いられる。誘電体としては、例えばガラス、セラミックス、半導体は、例えばシリコンが用いられる。半導体の場合、真性に近いほど渦電流を抑制することができる。このような透過部材１１７及び９８が用いられることにより渦電流の発生を抑制して、１次側電磁石２１から２次側電磁石２２へ効率良く電力が供給される。

１次側電磁石２１は、電源ユニット８内の図示しない電源装置に接続されている。この電源装置は、高周波インバータ回路及び制御回路等を有し、高周波インバータ回路は、電源の直流電力を交流電力に変換する。その周波数は、典型的には１０ｋＨｚであるが、これに限られず、例えば透過部材の材料に応じた適切な周波数が選択されればよい。上記制御回路は、高周波インバータ回路を制御し、１次側電磁石２１から発生させる高周波磁場に、搬送ロボット１０の駆動源となる制御器９３等への通信信号を重畳する。この通信信号は、制御器９３の作動を開始させるためのスタート信号を少なくとも含んでいればよい。

コントローラボックス９内の制御器９３は、２次側電磁石２２が１次側電磁石２１から受けた磁場により得られる高周波電力を整流し、また、その高周波電力から通信信号を検出する。これにより、制御器９３は、この電力を用いて通信信号を搬送ロボット１０の駆動部へ送信することで搬送ロボット１０を駆動する。

なお、２次側電磁石２２が１次側電磁石２１から受けた電力は、制御器９３、リニアモータドライバ９５へ供給されるだけでなく、例えば真空室１内の図示しない各種センサの駆動源またはその他の機構の駆動源にも供給されてもよい。
本実施形態では、１次側電磁石２１及び２次側電磁石２２の両方が大気圧下に置かれているので、両電磁石２１及び２２が含むコイル２２１及び２２２の絶縁用のワニスや、樹脂モールド等からガスが発生することを防止できる。

本実施形態では、１次側電磁石２１が搬送ロボット１０の搬送方向に沿って、搬送ロボット１０の真空室１内での移動範囲に対応した長さに形成されている。これにより、連続的に安定して電力を制御器９３、リニアモータドライバ９５等に供給することができる。
本実施形態では、制御器９３、リニアモータドライバ９５等が、２次側電磁石２２と同様にコントローラボックス９に収容されている。したがって、制御器９３等に含まれる回路基板、回路素子等が真空下に晒されることがなく、それらに悪影響を与えることを防止できる。また、２次側電磁石２２と制御器９３等とを接続する電気ケーブル９７もコントローラボックス９内に収容することができ、ガスの発生を防止できる。

本実施形態に係る搬送装置１００の動作を説明する。

搬送対象物が搬送される際、真空室１内の気圧は、大気圧あるいは減圧等のいかなる気圧であってもよく、図示しない真空ポンプ等により所定の圧力に調節される。
制御器９３により搬送ロボット１０に電力が供給され、搬送対象物が搬送ロボット１０により把持等され、搬送が開始される。

リニアモータドライバ９５から、可動子５２に電流が供給され、可動子５２が電磁石として機能する。この可動子５２と固定子５１の磁気的相互作用により、支持台４がＹ軸方向に推進し、同時にＺ軸方向上方に押し上げられるが、この点について以下に詳述する。

図５に示すように、可動子５２のコイル５２２に電流が印加されると磁極部５２１ａに磁場が発生する。隣接する磁極部５２１ａには逆向きに電流が印加され、反対方向の磁場が発生する。

各磁極部５２１ａに設けられた永久磁石５２３のうち、電流の印加により発生する磁場の向きと同一方向の磁場を発生させる永久磁石５２３により、電流の印加により発生する磁場が増強される。この磁場を受けて、固定子５１の、当該磁場に近接する歯５１１が磁化され、磁極部５２１ａと磁気相互作用する。

可動子５２（支持台４）は、この磁気相互作用により、固定子５１からの引力を受ける。可動子５２の位置に応じて各コイル５２２に印加する電流の向きを制御することにより、可動子５２と磁気相互作用する歯５１１を切り替え、可動子５２（支持台４）をＹ軸方向に推進させる。可動子５２の位置は、リニアセンサ３により検出され、リニアモータドライバ９５は、この検出位置に基づき、各コイル５２２に供給する電流を制御する。

また、可動子５２の中心軸は、固定子５１の中心軸に対し鉛直下方に設けられているため、磁気的相互作用により、可動子５２は固定子５１と正対しようとする鉛直（Ｚ軸）上方向きの引力を受ける。
Ｘ軸方向については、２つの可動子５２と固定子５１との間の引力が相殺される。
すなわち、当該磁気相互作用により、可動子５２は、推進力であるＹ軸方向の成分と浮上力であるＺ軸方向の成分を有する引力を受ける。この推進力と浮上力の割合は、可動子５２の固定子５１に対する位置を調節することにより、適宜調整可能である。

これにより、図４に示すように支持台４は鉛直上方の力を受けながら制御に応じて推進する。リニアガイド７には、支持台４及びその積載物による重量が掛かるが、上記引力のＺ軸方向成分により減殺され、リニアガイド７に掛かる負荷が軽減される。
また、Ｘ軸方向についても、可動子５２と固定子５１との距離に応じて可動子５２に印加する電流を制御することにより、リニアガイド７に掛かるＸ軸方向の負荷を軽減することが可能である。

上述のように、可動子５２は可動子ボックス５３内に配置され、固定子５１は真空室１内に配置される。これにより、真空室１内が真空環境である場合においても、可動子ボックス５３内を大気圧環境とすることが可能である。電磁石である可動子５２において発生する熱は、熱伝導が乏しい真空環境下ではなく大気圧環境下に放熱される。

可動子５２には永久磁石５２３が設けられているため、可動子５２に電流が印加されていない場合でも固定子５１に吸引力を及ぼす。これにより、支持台４の走行時のみならず停止時においても、鉛直上方向きの浮上力が発生する。

以上のようにして、搬送対象物が搬送される。

本発明の他の実施形態を説明する。
以降の説明では、上述の実施形態に係る搬送装置１００の構成あるいは動作と同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
図６は、本実施形態に係る搬送装置３００の断面図である。

図６に示すように、本実施形態に係る搬送装置３００は、斜向し対抗するように配置された固定子５１及び可動子５２を有する。このように配置された固定子５１と可動子５２との間の磁気的相互作用により、上述の実施形態と同様にＹ軸方向の推進力とＺ軸方向の浮上力が発生する。

本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。

上述のリニアモータ５は、歯５１１を有する固定子５１と、永久磁石５２３を有する可動子５２により構成された。リニアモータ５の構成はこれに限られず、歯５１１及び永久磁石５２３を有しないものとしてもよい。

また、リニアモータ５は、可動子５２を推進させるコイル５２２以外のコイル５２２にもバイアス電流が印加されるものとしてもよい。可動子５２を推進させるコイル５２２以外のコイル５２２に印加された電流により発生する磁場により、可動子５２は固定子５１に吸引される。

搬送装置は、リニアモータ５以外に、追加的に支持台４に鉛直上方向きの力を印加する機構を備えていてもよい。図７は、誘導反発機構６を備える搬送装置４００を示す。
図７に示すように、誘導反発機構６は、アルミニウム、銅などの非磁性導電体６１と、永久磁石６２から構成される。非磁性導電体６１は、底面１１６にＹ軸方向に沿って延設され、永久磁石６２は支持台４の下段部４２に設けられる。

支持台４がリニアモータ５により駆動され水平移動することにより、非磁性導電体６１と永久磁石６２との間に誘導反発力が発生し、支持台４に鉛直上向きの力が印加される。誘導反発により発生する熱は、隔壁１１を通して放熱される。

真空室１は、空気の圧力が所定の真空度にまで減圧されることとして説明した。しかし真空室１内を満たす気体は、空気に限られず、窒素、アルゴン等の不活性気体またはその他の気体が減圧されてもよい。コントローラボックス内及び／または駆動ボックス内の気体も空気に限られず、不活性気体またはその他の気体であってもよい。

上記実施形態では、コントローラボックス９、駆動ボックス９１、可動子ボックス５３等の容器内の圧力は実質的に大気圧とされた。しかし、それらの容器内の圧力は、後述するそれらの容器内に収容された機器類に悪影響を及ぼさない程度であれば大気圧より大きくても小さくてもよい。

搬送ロボット１０の主たる搬送方向はリニアに限られず、曲線及びこれらの組合せ等がある。

上述の実施形態では、固定子５１を磁性体とし、可動子５２を電磁石としたが、固定子５１を電磁石とし、可動子５２を磁性体とすることも可能である。この場合、固定子５１は、真空室１と隔絶され大気圧に維持することが可能なボックス内に設けられる。

搬送装置１００の斜視図である。 搬送装置１００の断面図である。 搬送装置１００の平面図である。 リニアモータ５の平面図である。 リニアモータ５の断面図である。 搬送装置３００の断面図である。 搬送装置４００の断面図である。 電力供給機構２の断面図である。

符号の説明

４ 支持台
７ リニアガイド
１１ 隔壁
５１ 固定子
５２ 可動子
１００ 搬送装置
３００ 搬送装置
４００ 搬送装置

Claims (7)

1. 本体と、
   前記本体に固定された第１のコアと、
   前記本体に対して移動可能に設けられた可動部と、
   前記可動部に固定され、前記第１のコアとの間での磁気的相互作用により前記可動部を前記本体に対して水平方向に移動させる力と、前記可動部を鉛直方向に押し上げる力を発生させる第２のコアと、
   前記可動部の前記本体に対する移動をガイドするガイド部と
   を具備する搬送装置。
2. 請求項１に記載の搬送装置であって、
   前記第１のコア及び前記第２のコアの磁化方向は水平方向であり、
   前記第１のコアの中心と前記第２のコアの中心は鉛直方向にずれている
   搬送装置。
3. 請求項１に記載の搬送装置であって、
   前記第１のコア及び前記第２のコアの磁化方向は水平方向に対して交差する方向である
   搬送装置。
4. 請求項２又は３に記載の搬送装置であって、
   前記第１のコアは、前記可動部が移動する方向に沿って延設され、
   前記第２のコアは、前記可動部の移動に伴い、前記第１のコアの、前記第２のコアと対向する部分と磁気的相互作用する
   搬送装置。
5. 請求項４に記載の搬送装置であって、
   前記第１のコアは、磁性体であり、
   前記第２のコアは、電磁石である
   搬送装置。
6. 請求項５に記載の搬送装置であって、
   前記第１のコアは、真空環境内に配置される
   搬送装置。
7. 請求項６に記載の搬送装置であって、
   前記第２のコアは、非真空環境内に配置される
   搬送装置。

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