JP2017011819A

JP2017011819A - 非接触式の給電システム

Info

Publication number: JP2017011819A
Application number: JP2015122946A
Authority: JP
Inventors: 傑之鈴木; Takayuki Suzuki; 大輔川久保; Daisuke Kawakubo; 展史南; Nobufumi Minami; 和博武者; Kazuhiro Musha
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2017-01-12

Abstract

【課題】搬送ロボットに複数の吸着用電極が設けられている場合でも、簡単な構成で各吸着用電極に給電できて低コストの非接触式の給電システムを提供する。
【解決手段】給電回路ユニット２と、この給電回路ユニットに夫々接続される少なくとも２個のキャパシタ４とを備える。各キャパシタは、一対の電極間４１，４２で機械的に分離され、一方の電極を固定配置し、他方の電極を搬送ロボットの可動部分に設ける。一のキャパシタ４ａを給電回路ユニットからの交流電圧を整流して直流電圧に変換する変換回路ユニット２に接続し、第２のキャパシタ４ｂを交流電力の入力で切り換わるスイッチング素子を有する第１の切換回路ユニットに接続し、変換回路ユニットが第１の切換回路ユニットを介して吸着用電極に接続する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワークを静電吸着した状態で搬送する静電チャック付き搬送ロボットの吸着部分に設けられる吸着用電極に対して非接触式で給電するための非接触式の給電システムに関する。

この種の給電システムは例えば特許文献１で知られている。このものは、対向配置される一対の電極間で機械的に分離されるキャパシタと、一方の電極に接続される給電回路ユニットと、他方の電極と静電チャックの吸着用電極との間に接続される受電回路ユニットと、給電回路ユニット及び受電回路ユニットの作動を制御する制御手段とを備える。静電チャック付き搬送ロボットとしては、例えば、互いに同心に配置される回転軸と、各回転軸に夫々連結されるロボットアームと、ロボットアームの先端に連結されるロボットハンドとを有するものが用いられ（所謂フログレッグ式）、ロボットハンドに一対の吸着用電極が設けられている。また、キャパシタの一方の電極は、回転軸に同心に設けられる筒状部材で構成され、一方の電極に対して電極間距離を一定に維持しながら相対移動するように他方の電極が回転軸に外挿されている。

ところで、搬送ロボットの中には、各回転軸に複数本のロボットアームを夫々設け、２以上のロボットハンドを持つもの（例えば、特許文献２参照）や、大型のガラス基板など薄板状で矩形のワークを搬送するために、固定のベース上に昇降自在及び回転自在に設けた旋回ベースと、旋回ベース上に設けられた一方向に長手のガイド体と、ガイド体にスライド自在に設けた可動体と、可動体に設けたロボットハンドとを備えて構成したものがある（例えば、特許文献３参照）。このような搬送ロボットでは、複数対の吸着用電極が設けられることになるが、このとき、上記非接触式の給電システムを用いて各対の吸着用電極に対して個々に給電できるように、吸着用電極の数だけ、給電回路ユニットと受電回路ユニットとを設けたものでは、給電システムの構成が複雑になるばかりか、コスト高を招くという問題がある。

特開２０１３−２３５９９１号公報特開２０１１−０８６７９５号公報特開２０１４−６５０９２号公報

本発明は、以上の点に鑑み、搬送ロボットに複数の吸着用電極が設けられている場合でも、簡単な構成で各吸着用電極に給電できて低コストの給電システムを提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、ワークを静電吸着した状態で搬送する静電チャック付き搬送ロボットの吸着部分に設けられる吸着用電極に対して非接触式で給電するための本発明の非接触式の給電システムは、交流電圧を出力する給電回路ユニットと、この給電回路ユニットに夫々接続される少なくとも２個のキャパシタとを備え、各キャパシタが、互いに対向配置される一対の電極間で機械的に分離され、各キャパシタが、互いに対向配置される一対の電極間で機械的に分離され、一方の電極と他方の電極との電極間距離を一定に維持しながら相対移動するように他方の電極が搬送ロボットの可動部分に設けられ、いずれか一のキャパシタを第１のキャパシタ、いずれか他のキャパシタを第２のキャパシタとして、第１のキャパシタが、給電回路ユニットからの交流電圧を整流して直流電圧に変換する変換回路ユニットに接続され、第２のキャパシタが、交流電圧の入力で切換え自在なスイッチング素子を有する第１の切換回路ユニットに接続され、変換回路ユニットが第１の切換回路ユニットを介して吸着用電極に接続されることを特徴とする。

本発明によれば、吸着用電極の数に関係なく、給電回路ユニットは単一で済み、しかも、切換回路ユニットには上記従来例の受電回路ユニットのようにマイコンなどの制御手段を必要とせず、結果として、給電システムの構成を簡単にでき、その上、低コストを図ることができる。

本発明においては、他のキャパシタを第３のキャパシタとして有し、第３のキャパシタが交流電圧の入力で切換え自在なスイッチング素子を有する第２の切換回路ユニットに接続され、前記変換回路ユニットが、第２の切換回路ユニットを介して、前記第１の切換回路ユニットから前記吸着用電極に印加する直流電圧と逆電位の直流電圧を印加するように前記吸着用電極に接続されることが好ましい。これによれば、例えば、一対の吸着用電極間に正負の直流電圧を印加してワークを静電吸着しながら複数枚のワークを順次搬送するような場合に、一方の吸着用電極と他方の吸着用電極とに連続して同一の極性の電圧が印加されないように、第１の切換回路ユニットを介する吸着用電極への電圧印加と、第２の切換回路ユニットを介する吸着用電極への電圧印加とを交互に行うことで、吸着用電極での残留電荷の蓄積量を可及的に少なくでき、ロボットハンドからワークを脱離するとき、有利である。他方、第１の切換回路ユニットを介して一対の吸着用電極間に正負の直流電圧を印加することで静電吸着されているワークを脱離する際に、第２の切換回路ユニットを介して一対の吸着用電極間に、第１の切換回路ユニットから吸着用電極に印加する直流電圧と逆電位の直流電圧を印加するようにしてもよい。この場合、ワークの静電吸着時にチャージされた電荷を瞬間的に消失させることができ、残留電荷の影響を受けずにロボットハンドからワークを確実に脱離することができる。

また、更に他のキャパシタを第４のキャパシタとして有し、第４のキャパシタが交流電圧の入力で切換え自在なスイッチング素子を有する接地回路ユニットに接続され、接地回路ユニットが吸着用電極をアース接地できるように構成されることが好ましい。これにより、ワークを脱離する際に吸着用電極に逆電圧を印加した後にアース接地しておくことで、より一層円滑にロボットハンドからワークを脱離することができてよい。

(ａ)は、本発明の実施形態の非接触式の給電システムが搭載される搬送ロボットの一部を示す正面図、（ｂ）は、その平面図、（Ｃ）は、その側面図。給電システムの回路構成を模式的に示す図。

以下、図面を参照して、ワークを矩形のガラス基板Ｓとした場合を例に本発明の実施形態の非接触式の給電システムＰＳを説明する。

図１を参照して、Ｔｒは、本実施形態の非接触式の給電システムＰＳを搭載した搬送ロボットである。搬送ロボットＴｒは、図外の固定ベースを備え、固定ベース上には、平面視矩形の旋回ベース１１が図外のモータやエアシリンダ等により昇降自在及び回転自在に設けれている。旋回ベース１１の上面には、その長手方向に沿ってのびる２本のガイドレール１２ａ，１２ｂが長手方向に直交する方向に間隔を存して設けられている。ガイドレール１２ａ，１２ｂには、図示省略の直動モータ等により旋回ベース１１に対して長手方向に相対移動自在な門型のフレーム１３が設けられている。フレーム１３の一側面には、その長手方向に沿ってのびるように４本の板状部材１４ａ〜１４ｄが長手方向に直交する方向に間隔を存して設けられている。各板状部材１４ａ〜１４ｄには、互いに隣接するもので対をなす静電チャックの吸着用電極１５ａ〜１５ｄ（本実施形態では、吸着用電極１５ａ，１５ｂと、吸着用電極１５ｃ，１５ｄとが夫々対をなす）が夫々埋設されている。この場合、吸着用電極１５ａ〜１５ｄを備える各板状部材１４ａ〜１４ｄが本実施形態の静電チャック付きのロボットハンドを構成する。そして、各対の吸着用電極１５ａ〜１５ｄに対して非接触式で給電するための本実施形態の給電システムＰＳが搭載されている。

図２も参照して、給電システムＰＳは、交流電圧を出力する給電回路ユニット２と、給電回路ユニット２に電気配線３１を介して夫々接続される４個のキャパシタ４ａ〜４ｄとを備える。各キャパシタ４ａ〜４ｄは、互いに対向配置される一対の電極４１ａ〜４１ｄ，４２ａ〜４２ｄ間で機械的に分離された所謂エアーギャップ式のものである。電気配線３１が夫々接続されている各キャパシタ４ａ〜４ｄの一方の電極４１ａ〜４１ｄは、旋回ベース１１の上面にスペーサー１１ａを介して設けられている。この場合、各電極４１ａ〜４１ｄは、旋回ベース１１の長手方向略全長に亘ってかつ長手方向に直交する方向に間隔を存して設けられ、機械的に分離されたキャパシタ４ａ〜４ｄの固定側の電極を構成する。電極４１ａ〜４１ｄの各々は絶縁体３２ａにより互いに電気的に絶縁された状態で配置されている。

各キャパシタ４ａ〜４ｄの他方の電極４２ａ〜４２ｄは、フレーム１３の下面の所定位置に一方の電極４１ａ〜４１ｄに夫々対向するように設けられ、機械的に分離されたキャパシタ４ａ〜４ｄの搬送ロボットＴｒの可動部分に設けられる電極を構成する。他方の電極４２ａ〜４２ｄもまた、絶縁体３２ｂにより互いに電気的に絶縁された状態で配置されている。これにより、フレーム１３がガイドレール１２ａ，１２ｂに案内されて旋回ベース１１に対して相対移動する間、両電極４１，４２が、電極間距離を一定に維持しながら相対移動するようになる。両電極４１ａ〜４１ｄ，４２ａ〜４２ｄ相互間の距離は、キャパシタ４ａ〜４ｄに加わる電圧がパッシェンの法則で制限される放電電圧以下となるように適宜選択される。また、キャパシタ４ａ〜４ｄの夫々が対向する電極４１ａ〜４１ｄ，４２ａ〜４２ｄの表面積は、後述の変換回路ユニット５などの回路の負荷によってキャパシタ４ａ〜４ｄ毎に適宜選択することができる。

図２も参照して、給電回路ユニット２は、給電システムＰＳの構成要素としての後述の変換回路ユニット５、第１及び第２の両切換回路ユニット６，７並びに接地回路ユニット８に交流電圧を出力するものであり、例えば、各キャパシタ４ａ〜４ｄ及びインダクタ（図示せず）を含む共振回路の共振周波数で発振する自励発振器５１と、振幅変調を加える変調器５２と、これらの作動を統括制御するマイコンやメモリー等を備える公知の給電回路制御部５３とを備える。給電回路制御部５３は、例えば、搬送ロボットＴｒの作動を制御するロボット制御ユニット（図示せず）に相互通信自在に接続され、搬送ロボットＴｒの作動に連動してキャパシタ４ａ〜４ｄのいずれかに搬送波を出力する。自励発振器５１及び変調器５２として、例えば公知の構造を有するオシレーターを用いることができ、その駆動周波数が１００ｋＨｚ〜数十ＭＨｚのものであり、高周波帯域の駆動周波数を含むものである。他方、電極４２ａ〜４２ｄの各々は、電気配線３３を介してフレーム１３に装着した金属製の制御ボックスＣｂ内の変換回路ユニット５、２個の切換回路ユニット６，７及び接地回路ユニット８とに夫々接続されている。以下、これらについて説明する。

上記キャパシタ４ａを第１のキャパシタとして、第１のキャパシタ４ａの他方の電極４２ａに接続される変換回路ユニット５は、供給された搬送波を整流する抵抗やダイオードなどを有する整流回路を備え、整流回路により正及び負の直流電圧Ｖｐ，Ｖｎに変換する。なお、直流電圧を変換する回路自体は公知のものが利用できるため、変換回路ユニット５のこれ以上の説明は省略する。また、特に図示して説明しないが、公知の倍電圧整流方式などでガラス基板Ｓの吸着に必要な電圧が得られるように昇圧するようにしてもよい。

上記キャパシタ４ｂを第２のキャパシタとして、第２のキャパシタ４ｂの他方の電極４２ｂに接続される第１の切換回路ユニット６は、キャパシタ４ｂを通して供給された搬送波を整流する抵抗やダイオードなどを有する整流回路と、整流回路で整流された直流電圧で作動するスイッチング素子としてのリレー回路とを備える。そして、変換回路ユニット５からの正及び負の直流電圧Ｖｐ，Ｖｎが入力され、リレー回路の切換えにより直流電圧Ｖｐ，Ｖｎを各対の吸着用電極１５ａと１５ｄ及び１５ｃと１５ｄとの間に夫々印加するようになっている。整流回路やリレー回路自体は公知のものが利用であるため、第１の切換回路ユニット６のこれ以上の説明は省略する。また、上記キャパシタ４ｃを第３のキャパシタとして、第３のキャパシタ４ｃの他方の電極４２ｃに接続される第２の切換回路ユニット７は、上記第１の切換回路ユニット６と同一の構造を有する。そして、変換回路ユニット５からの直流電圧Ｖｐ，Ｖｎが入力され、リレー回路の切換えにより、第１の切換回路ユニット６を介して吸着用電極１５ａと１５ｂ及び１５ｃと１５ｄとの間に夫々印加されるものと逆電位の直流電圧Ｖｐ，Ｖｎを各対の吸着用電極１５ａと１５ｂ及び１５ｃと１５ｄとの間に夫々印加するようになっている。なお、上記において、リレー回路として交流リレー回路を用いるような場合には、整流回路を省略して交流リレー回路のみで構成することも可能である。

更に、上記キャパシタ４ｄを第４のキャパシタとして、第４のキャパシタ４ｄの他方の電極４２ｄに夫々接続され接地回路ユニット８は、キャパシタ４ｄを通して供給された搬送波を整流する抵抗やダイオードなどを有する整流回路と、整流回路で整流された直流電圧で作動するスイッチング素子としてのリレー回路とを備え、リレー回路の切換えにより吸着用電極１５ａと１５ｂ及び１５ｃと１５ｄをアース接地するようになっている。整流回路やリレー回路自体は公知のものが利用であるため、接地回路ユニット８のこれ以上の説明は省略する。

上記搬送ロボットＴｒを用いて複数枚のガラス基板Ｓを順次搬送するのに際しては、例えば、ロボットハンドとしての板状部材１４ａ〜１４ｄに一枚目のガラス基板Ｓが設置され、これが搬送ロボットＴｒのロボット制御手段により検知されると、給電回路ユニット２の給電回路制御部５３にガラス基板Ｓの吸着の制御信号が出力される。すると、給電回路ユニット２により第１のキャパシタ４ａと第２のキャパシタ４ｂとに対して搬送波が出力され、変換回路ユニット５で正及び負の直流電圧Ｖｐ，Ｖｎに変換されると共に、第１の切換回路ユニット６のリレー回路が切換わって正及び負の直流電圧Ｖｐ，Ｖｎが吸着用電極１５ａと１５ｂ及び１５ｃと１５ｄとの間に夫々印加される。これにより、各対の吸着用電極１５ａ〜１５ｄによりガラス基板Ｓが静電吸着され、この状態でガラス基板Ｓが搬送ロボットＴｒにより所定位置に移送される。

所定位置まで移送されたガラス基板Ｓの静電吸着を解除するのに際しては、給電回路ユニット２により第２のキャパシタ４ｂに対する搬送波の出力が停止されると共に、給電回路ユニット２により第４のキャパシタ４ｄに対して搬送波が出力される。これにより、接地回路ユニット８のリレー回路が切換わって吸着用電極１５ａ〜１５ｄとがアース接地され、ガラス基板Ｓの静電吸着が解除され、板状部材１４ａ〜１４ｄからガラス基板Ｓが取り除かれる。

次に、板状部材１４ａ〜１４ｄに二枚目のガラス基板Ｓが設置され、これが搬送ロボットＴｒのロボット制御手段により検知されると、上記同様、給電回路ユニット２の給電回路制御部５３にガラス基板Ｓの吸着の制御信号が出力される。すると、給電回路ユニット２により第１のキャパシタ４ａと第３のキャパシタ４ｃとに対して搬送波が出力され、変換回路ユニット５で正及び負の直流電圧Ｖｐ，Ｖｎに変換されると共に、第２の切換回路ユニット７のリレー回路が切換わって、第１の切換回路ユニット６から各対の吸着用電極１５ａと１５ｂ及び１５ｃと１５ｄに印加する直流電圧と逆電位の直流電圧Ｖｎ，Ｖｐが吸着用電極１５ａと１５ｂ及び１５ｃと１５ｄとの間に夫々印加される。以降、上記操作を繰り返して複数枚のガラス基板Ｓが順次搬送される。

以上によれば、吸着用電極１５ａ〜１５ｄの数に関係なく、給電回路ユニット２は単一で済み、しかも、制御ボックスＣｂ内に設けられる変換回路ユニット５、２個の切換回路ユニット６、７及び接地回路ユニット８の作動を制御するためにマイコンなどの制御手段を必要とせず、結果として、給電システムＰＳの構成が簡単になり、その上、低コストを図ることができる。対をなす一方の吸着用電極１５ａ，１５ｃと他方の吸着用電極１５ｂ、１５ｄとに連続して同一の極性の電圧が印加されないように、第１の切換回路ユニット６を介する電圧印加と、第２の切換回路ユニット７を介する電圧印加とを交互に行うことで、吸着用電極１５ａ〜１５ｄでの残留電荷の蓄積量を可及的に少なくでき、ガラス基板Ｓを脱離するとき、有利である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、第２の切換回路ユニット７や接地回路ユニット８を備えるものを例に説明したが、一方の吸着用電極がアース接地の金属製のロボットハンドに接続されているような場合には、キャパシタ４ｃ、４ｄを含め、これらのユニットを省略することができる。また、第１の切換回路ユニット６にリレー回路に加えて例えば理論素子（ＡＮＤ素子）を備えておけば、２個のキャパシタ４ａ，４ｂと、変換回路ユニット５と、第１の切換回路ユニット６とを用いて、例えば、ガラス基板Ｓの静電吸着に際しては、正及び負の直流電圧Ｖｐ，Ｖｎを吸着用電極１５ａと１５ｂ及び１５ｃと１５ｄとの間に夫々印加し、ガラス基板Ｓの静電吸着の解除に際しては、吸着用電極１５ａと１５ｂ及び１５ｃと１５ｄを夫々アース接地し、次のガラス基板Ｓの静電吸着に際しては、上記と逆電位の直流電圧Ｖｎ，Ｖｐを吸着用電極１５ａと１５ｂ及び１５ｃと１５ｄとの間に夫々印加することができる。即ち、実質的に２個のキャパシタ４ａ，４ｂにより、４個のキャパシタ４ａ〜４ｄを用いた上記実施形態のものと同等の動作を行なわせることができる。

また、上記実施形態では、２対の吸着用電極に給電する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、吸着用電極の数に応じて、第１及び第２の両切換回路ユニット６，７等を適宜増設すればよい。この場合、第１の両切換回路ユニットからの接続配線を分岐して複数対の吸着用電極に給電できるように構成することもできる。更に、搬送ロボットＴｒとしては、所謂フログレック式のものであっても本発明を適用して給電することができる。

また、上記実施形態では、第１及び第２の両切換回路ユニット６，７を設けて一方の吸着用電極１５ａ，１５ｃと他方の吸着用電極１５ｂ，１５ｄとに連続して同一の極性の電圧が印加されないように制御する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１の切換回路ユニット６を介して一対の吸着用電極１５ａ〜１５ｄ間に正負の直流電圧を印加することで静電吸着されているガラス基板Ｓを脱離する場合に、吸着用電極１５ａ〜１５ｄをアース接地するのに先立って、第２の切換回路ユニット７を介して一対の吸着用電極１５ａ〜１５ｄ間に、第１の切換回路ユニット７から吸着用電極１５ａ〜１５ｄに印加する直流電圧と逆電位の直流電圧を印加するようにしてもよい。これによれば、ガラス基板Ｓの静電吸着時にチャージされた電荷を瞬間的に消失させることができ、残留電荷の影響を受けずにガラス基板Ｓを確実に脱離することができる。

ＰＳ…非接触式の給電システム、Ｔｒ…搬送ロボット、Ｓ…ガラス基板（ワーク）、２…給電回路ユニット、４ａ〜４ｄ…キャパシタ、４１ａ〜４１ｄ,４２ａ〜４２ｄ…キャパシタの電極、１５ａ〜１５ｄ…吸着用電極、６…第１の切換回路ユニット、７…第２の切換回路ユニット、８…接地回路ユニット。

Claims

ワークを静電吸着した状態で搬送する静電チャック付き搬送ロボットの吸着部分に設けられる吸着用電極に対して非接触式で給電するための非接触式の給電システムであって、
交流電圧を出力する給電回路ユニットと、この給電回路ユニットに夫々接続される少なくとも２個のキャパシタとを備え、
各キャパシタが、互いに対向配置される一対の電極間で機械的に分離され、一方の電極と他方の電極との電極間距離を一定に維持しながら相対移動するように他方の電極が搬送ロボットの可動部分に設けられ、
いずれか一のキャパシタを第１のキャパシタ、いずれか他のキャパシタを第２のキャパシタとして、第１のキャパシタが、給電回路ユニットからの交流電圧を整流して直流電圧に変換する変換回路ユニットに接続され、第２のキャパシタが、交流電圧の入力で切換え自在なスイッチング素子を有する第１の切換回路ユニットに接続され、変換回路ユニットが第１の切換回路ユニットを介して吸着用電極に接続されることを特徴とする非接触式の給電システム。
他のキャパシタを第３のキャパシタとして有し、第３のキャパシタが交流電圧の入力で切換え自在なスイッチング素子を有する第２の切換回路ユニットに接続され、前記変換回路ユニットが、第２の切換回路ユニットを介して、前記第１の切換回路ユニットから前記吸着用電極に印加する直流電圧と逆電位の直流電圧を印加するように前記吸着用電極に接続されることを特徴とする請求項１記載の非接触式の給電システム。
更に他のキャパシタを第４のキャパシタとして有し、第４のキャパシタが交流電圧の入力で切換え自在なスイッチング素子を有する接地回路ユニットに接続され、接地回路ユニットが前記吸着用電極をアース接地できるように構成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の非接触式の給電システム。