JP3949021B2 - ワーク保持装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体基盤、ガラス基板等をワークとして掴んで保持及び搬送するのに使用されるワーク保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のワーク保持装置として、クランプハンドタイプのものが知られている。このタイプの保持装置は、ハンドにワークを載せてワークを機械的に掴んで保持するような構造になっている。このタイプの保持装置によれば、ワークをハンドにより掴んで機械的に保持できることから、ワークを確実に搬送できることと、ワークを保持装置と共に搬送するときの搬送速度を速めることができるというメリットがある。
【０００３】
クランプハンドタイプのワーク保持装置として、例えば、特開平１１−１１６６４号公報に開示された「ワーク保持機構」が挙げられる。この保持機構は、固定保持部品と、この固定保持部品に対して進退移動自在な可動保持部品と、真空源からの真空の供給・停止により駆動されるピストンが摺動自在に設けられたシリンダと、ピストンの移動を可動保持部品に伝達する駆動ロッドと、シリンダに対する真空源からの真空の供給を制御する制御弁とを備える。そして、シリンダへの真空の供給を制御弁により制御することにより、ピストンを進退移動させて駆動ロッドを直線的に進退移動させることにより、固定保持部品と可動保持部品との間でワークを保持したり、その保持を解除したりするようになっている。
【０００４】
又、この保持機構を使用してワークを搬送するには、基本的に以下の７工程が必要になる。ワーク保持機構は、一般に搬送ロボット等の外部機構と組み合わされてワークの保持・搬送に使用される。
（１）外部機構が保持機構をワークの下側に移動させる工程。
（２）外部機構が保持機構を数ｍｍ上昇させてワークを持ち上げる工程。
（３）保持機構がワークを掴む工程。
（４）外部機構が保持機構とその上のワークを一緒に移動させる工程。
（５）移動先で保持機構がワークの掴みを解除する工程。
（６）外部機構が保持機構を数ｍｍ下降させてワークを下ろす工程。
（７）外部機構が保持機構をワークの下側から移動させる工程。
【０００５】
更に、この保持機構では、ワークが保持されている状態を検出することができる構成を備える。即ち、シリンダの保持動作による負荷状態がシリンダの動きを制御する制御弁の近くで圧力変動として圧力センサにより検出される。これにより、制御弁の動作開始後の時間経過と圧力変動経過とを検出することにより、ワークが保持されている状態を検出するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来公報のワーク保持機構では、ピストンや駆動ロッドがシリンダに対して摺動自在に設けられることから、その駆動部分でパーティクル等の異物が発生した。もっとも、このワーク保持機構には、ワークの保持動作により発生する異物を、真空源からの真空を利用して吸い込む経路が設けられており、異物を除去するようになっている。しかしながら、発生する異物が全て除去される保証はなく、異物発生そのものを防止できないことから、除去仕切れない異物が環境を汚したり、真空引きした異物が詰まって保持機構自体の動作に悪影響を及ぼしたりするおそれがあった。特に、この種の保持機構は、半導体製造装置などのクリーンな環境で使われることが多く、保持機構それ自体からの異物の発生は極力抑えられなければならない。
【０００７】
又、前記ワーク保持機構では、上記した一連の７工程によりワークを保持して搬送するものであるが、ワークの保持・搬送時間を現状よりもさらに短くするために、工程数を減らすことが望まれる。
【０００８】
更に、前記ワーク保持機構では、ワークが保持されている状態を検出することは可能であるが、ワークが正常に掴まれて保持されているか否かについては検出することができなかった。この正常保持状態の検出が可能となれば、ワークの保持・搬送のための一連の工程の途中でワークの正常保持状態を確認することができ、保持機構の搬送タイミングを早めることができ、ワークの保持・搬送に要する時間の更なる短縮化も可能となる。
【０００９】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、パーティクル等の異物の発生を抑えることを可能にしたワーク保持装置を提供することにある。この発明の第２の目的は、第１の目的に加え、ワークの保持・搬送のための工程数を減らすことを可能にしたワーク保持装置を提供することにある。この発明の第３の目的は、第１の目的に加え、ワークが正常に保持されている状態を検出することを可能にしたワーク保持装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、本体枠に設けられた駆動源により可動枠を移動させることにより、可動枠と本体枠との間でワークを掴んで保持するワーク保持装置において、可動枠を弾性変形可能な変形部材を介して本体枠に支持したことを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、ワークを保持するために可動枠が駆動源により移動させられるが、可動枠が変形部材を介して本体枠に支持されていることから、可動枠が本体枠に対して摺動することが無い。
【００１２】
上記第２の目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、変形部材は、平行に配置され、かつ可動枠の移動方向に対して傾けて配置された複数の板ばねであることを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、変形部材としての複数の板ばね、本体枠及び可動枠により平行四辺形が構成される。そして、可動枠がその移動方向へ移動するときに、複数の板ばねも移動方向に変形するが、このとき、板ばね、本体枠及び可動枠よりなる平行四辺形の関係が保たれることから、可動枠は水平方向及び垂直方向の移動を伴いながら上記移動方向へ移動することになる。
【００１４】
上記第３の目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ワークの有無を検出するためのワーク検出手段と、駆動源の動作部の位置を検出するための動作位置検出手段とを備えてそれぞれの出力信号により前記ワークの保持状態を把握することを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、ワーク検出手段によりワークの存在が検出され、ワークを掴むために可動枠を移動させているときの駆動源の動作部の位置が動作位置検出手段により検出される。従って、これらが同時に検出されることを条件に、ワークが正常に掴まれていることを検出することが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のワーク保持装置を具体化した一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１に、この実施の形態のワーク保持装置の平面図を示す。図２に、同じくワーク保持装置の側面図を示す。このワーク保持装置は、本体枠１に設けられた駆動源としてのエアピストン２により可動枠としての基盤ベース３を移動させることにより、基盤ベース３と本体枠１との間でワークＷを掴んで保持するものである。この実施の形態では、ワークＷとして、半導体基盤やガラス基板等が対象となる。
【００１８】
本体枠１は、外形が直方体形状をなす主枠４と、その主枠４の先端側にて翼形状をなす翼枠５とを含む。図２に示すように、主枠４に設けられたエアピストン２は、伸縮自在なベローズ６と、ベローズ６の先端に設けられた動作部としてのピストン７とを含む。ベローズ６の基端は、主枠４に固定された管継手８に接続され、その管継手８を通じて外部よりエアの供給を受ける。ピストン７の先端側には、ばね受け９が固定され、そのばね受け９に対向するように主枠４にも別のばね受け１０が固定される。そして、両ばね受け９，１０の間に圧縮タイプのコイルばね１１が設けられる。このように、ピストン７は、その軸線方向における前後両端がコイルばね１１とベローズ６とに挟まれて主枠４に支持される。従って、ベローズ６にエアが供給されることにより、ベローズ６が伸びてピストン７が押され、ピストン７がコイルばね１１の付勢力に抗して移動する。ベローズ６へのエア供給が停止されることにより、コイルばね１１の付勢力によりピストン７が押し戻され、ベローズ６が縮む。このように、ベローズ６が伸縮する範囲でその伸縮方向に沿ってピストン７が進退移動することになる。
【００１９】
図１に示すように、基盤ベース３は、平面略Ｙ字形をなし、その基部３ａは主枠４の中に組み入れられ、かつピストン７等の下側に配置され、補強板１２を介してピストン７に連結される。この状態で、基盤ベース３の基部３ａは、弾性変形可能な変形部材１３を介して主枠４に支持される。この実施の形態で、変形部材１３は、複数の板ばね１３ａ，１３ｂにより構成される。これら板ばね１３ａ，１３ｂは、２枚１組をなして２組構成され、各組の板ばね１３ａ，１３ｂがピストン７等を挟んだかたちで線対照に配置される。図２に示すように、各組の２枚の板ばね１３ａ，１３ｂは、２枚平行に配置され、かつ基盤ベース３の移動方向（矢印Ａで示す方向）に対して傾けて配置される。各板ばね１３ａ，１３ｂは上端が主枠４の天板４ａに固定され、下端が補強板１２を貫通して基部３ａに固定される。
【００２０】
図３に、本体枠１の側面を断面図に示す。この実施の形態で、図３に示すように、各組の板ばね１３ａ，１３ｂ、主枠４の天板４ａ及び基盤ベース３（基部３ａ）により平行四辺形が構成される。ここで、ピストン７が進退移動することにより、基盤ベース３は同方向へ移動することになる。この移動の際、各組の２枚の板ばね１３ａ，１３ｂは互いに平行をなして変形するため、板ばね１３ａ，１３ｂ、天板４ａ及び基盤ベース３よりなる平行四辺形の関係は保たれる。このとき、図４にモデル化して示すように、基盤ベース３は、水平及び垂直の両方向へ同時移動することになる。即ち、ベローズ６にエアが供給されない減圧時には、図４に破線で示す平行四辺形の状態で基盤ベース３が支持される。この状態から、ベローズ６へエアが供給される加圧時には、平行四辺形が、図４に実線で示すように変形して基盤ベース３が移動する。このとき、基盤ベース３は、水平及び垂直の両方向へそれぞれ所定距離だけ同時に移動することになる。
【００２１】
図１，２に示すように、基盤ベース３の上面には、その先端側から基端側へ向かって順に、一対のクランプ突起１４と、合計４個のワーク支持突起１５とが設けられる。又、本体枠１の翼枠５の中央には、別のクランプ突起１６が設けられ、同翼枠５の両端には、一対をなす係合ピン１７が設けられる。従って、図１，２に示すように、ワークＷが保持された状態では、基盤ベース３のワーク支持突起１５の上でワークＷが支持され、同ベース３の先端側のクランプ突起１４と、翼枠５のクランプ突起１６との間でワークＷが掴まれて保持される。このとき、翼枠５の両端に位置する係合ピン１７はそれぞれワークＷに係合することになる。
【００２２】
図５に、本体枠１の平面を一部破断して示す。この実施の形態のワーク保持装置は、ワークＷの有無を検出するためのワーク検出手段としてのワークセンサ１８と、エアピストン２のピストン７の位置を検出するための本発明の動作位置検出手段としてのクランプセンサ１９とを備える。
【００２３】
翼枠５の一端に設けられたワークセンサ１８は、マグネットスイッチ１８ａ及びマグネット１８ｂを含む磁気センサから構成される。マグネット１８ｂは係合ピン１７の基端に取り付けられ、マグネットスイッチ１８ａは翼枠５の先端に取り付けられる。図５に示すように、翼枠５の両端に設けられた係合ピン１７は、それぞれ板ばね２０を介して翼枠５に支持される。板ばね２０は、基盤ベース３の移動方向と同じ方向へ撓み可能となっている。従って、ワーク保持装置にワークＷが掴まれるとき、ワークＷが各係合ピン１７に係合して、係合ピン１７が板ばね２０の撓み方向へ変位する。このとき、ワークセンサ１８に対応する係合ピン１７では、同ピン１７の変位に伴いマグネット１８ｂのマグネットスイッチ１８ａに対する相対位置が変わり同スイッチ１８ａがＯＮとなる。このＯＮ信号に基づいて、ワーク保持装置の基盤ベース３上にワークＷが存在することを確認することができる。この係合ピン１７にワークＷが係合していない状態では、マグネットスイッチ１８ａに対するマグネット１８ｂの相対位置が変わらないため、同スイッチ１８ａがＯＦＦとなる。
【００２４】
主枠４の中に設けられたクランプセンサ１９は、マグネットスイッチ１９ａ及びマグネット１９ｂを含む磁気センサから構成される。マグネット１９ｂはピストン７の基端に取り付けられ、マグネットスイッチ１９ａは主枠４に取り付けられる。従って、ワーク保持装置で、ワークＷを掴むためにエアピストン２を動作させたとき、即ち、ベローズ６を収縮させてピストン７を後退させたとき、図５に示すように、マグネット１９ｂがマグネットスイッチ１９ａに対向して、マグネットスイッチ１９ａがＯＮとなる。このＯＮ信号に基づいて、ピストン７がワークＷを掴むための位置に移動したことを確認することができる。一方、ワークＷの掴みを解除するために、エアピストン２を動作させたとき、即ち、ベローズ６を伸ばしてピストン７を前進移動させたとき、マグネットスイッチ１９ａに対するマグネット１９ｂの相対位置が変わり、同スイッチ１９ａがＯＦＦとなる。
【００２５】
ここで、ワークセンサ１８とクランプセンサ１９の出力信号状態と、ワークＷの掴み状態等の関係を表１に示す。
【表１】

【００２６】
以上説明したこの実施の形態のワーク保持装置によれば、エアピストン２のベローズ６にエアを供給すると、コイルばね１１に抗してベローズ６が伸び、ピストン７が前進移動する。このとき、変形部材１３を構成する各組の板ばね１３ａ，１３ｂが変形し、基盤ベース３が前進移動して、同ベース３の先端側のクランプ突起１４と翼枠５側のクランプ突起１６との間が拡げられる。この状態で、基盤ベース３上にワークＷを載置した後、ベローズ６へのエア供給を停止すると、コイルばね１１の反力により押されてベローズ６が縮み、ピストン７が後退移動する。このとき、変形部材１３を構成する各組の板ばね１３ａ，１３ｂが変形し、基盤ベース３が後退移動して、同ベース３の先端側のクランプ突起１４と翼枠５側のクランプ突起１６との間が狭まる。これにより、両クランプ突起１４，１６の間でワークＷが掴まれて保持される。
【００２７】
ここでは、基盤ベース３がピストン７により押されて移動するが、基盤ベース３が変形部材１３を介して本体枠１に支持されることから、基盤ベース３が本体枠１に対して摺動することが無い。即ち、この実施の形態では、基盤ベース３の基部３ａが、本体枠１に固定された各板ばね１３ａ，１３ｂの下端に固定され支持されるだけで、本体枠１に接触する部分が無い状態となっている。このため、基盤ベース３の基部３ａが本体枠１に対して移動しても、その基部３ａが本体枠１から離れた状態で移動することになる。このため、ワーク保持装置の動作によりパーティクル等の異物を発生させということを抑えることができる。
【００２８】
この実施の形態では、各組の板ばね１３ａ，１３ｂが、２枚平行に配置され、かつ基盤ベース３の移動方向に対して傾けて配置される。そして、板ばね１３ａ，１３ｂ、主枠４の天板４ａ及び基盤ベース３の基部３ａにより構成される平行四辺形が、その平行四辺形の関係を保ちながら変形することになる。従って、基盤ベース３は、同時に水平方向及び垂直方向の移動を伴いながら移動することになる。
【００２９】
即ち、ベローズ６にエアを供給すると、図３において矢印Ｂで示すように、基盤ベース３が左斜め下方へ移動してワークＷを下ろすこととワークＷの掴みを解除することの二つの動きを同時にする。この動作状態を図６に示す。一方、ベローズ６へのエアの供給を停止すると、図３において矢印Ｂで示すように、基盤ベース３が右斜め上へ移動してワークＷを持ち上げることとワークＷの掴みを解除することの二つの動きを同時にする。
【００３０】
ここで、ワーク保持装置を使用してワークＷを保持・搬送する際に必要な基本工程について説明する。ワーク保持装置は、一般に搬送ロボット等の外部機構（図示略）と組み合わされてワークＷの保持・搬送に使用される。
（１）外部機構がワーク保持装置をワークＷの下側に移動させる工程。
（２）ワーク保持装置がワークＷを持ち上げると同時に掴む工程（本工程は、基盤ベース３が水平及び垂直の両方向へ同時に移動することで達成される。）。
（３）外部機構がワーク保持装置とワークＷを一緒に移動させる工程。
（４）移動先でワーク保持装置がワークＷの掴みを解除すると同時にワークを下ろす工程（本工程も、基盤ベース３が水平及び垂直の両方向へ同時に移動することで達成される。）。
（５）外部機構がワーク保持装置をワークＷの下側から移動させる工程。
【００３１】
上記のようにこの実施の形態では、ワークＷを保持・搬送するために５つの基本工程が必要となり、従来例のワーク保持機構を使用した７工程に比べて２工程減らすことができる。つまり、ワークＷの保持・搬送のために従来よりも工程数を大幅に減らすことができるようになる。
【００３２】
この実施の形態のワーク保持装置は、ワークＷの有無を検出するためのワークセンサ１８と、エアピストン２のピストン７の位置を検出するクランプセンサ１９とを備えている。従って、ワークセンサ１８によりワークＷの存在が検出され、ワークＷを掴むために基盤ベース３を移動させているときのピストン７の位置がクランプセンサ１９により検出される。従って、これらが同時に検出されることを条件に、即ち、両センサ１８，１９から同時にＯＮ信号が得られることを条件に、ワークＷがワーク保持装置により正常に掴まれていることを検出することが可能となる。このため、ワーク保持装置にワークＷが正常に保持されている状態を確実に検出することができる。これにより、ワークＷの保持・搬送のための一連の工程途中で常にワークＷの正常保持状態を確認することができ、ワーク保持装置による搬送タイミング・搬送速度を早めることができるようになる。このことにより、ワークＷの保持・搬送に要する時間の更なる短縮を図ることができるようになる。
【００３３】
この実施の形態のワーク保持装置では、ベローズ６にエアを供給することで、ワークＷの掴みを解除するようにしている。このため、停電などで装置に対する電源が遮断されたときや、エア漏れでベローズ６にエアが供給されないときなどには、ワークＷを掴む方向へ基盤ベース３が自動的に動作することになる。このため、上記のような非常時にもワーク保持装置がワークＷを掴んで保持することができ、ワークＷの脱落や位置ずれを未然に防止することができる。
【００３４】
尚、この発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
【００３５】
（１）前記実施の形態では、駆動源としてエアピストン２を使用したが、駆動源として、電磁モータや圧電素子を利用してもよい。この場合、エアを使用しないことから、エア漏れによる不具合が生じるおそれが無くなる。
【００３６】
（２）前記実施の形態では、基盤ベース３の材質を特定しなかったが、基盤ベース３として、例えば、アルミナセラミックのような軽量で剛性の高い材料を使用してもよい。この場合、基盤ベース３の変形を抑え、ワークＷを搬送する際の位置の正確性を保つことができる。又、ワーク保持装置自身を軽量化することができるので、搬送ロボット等の外部機構への負担を軽減することができる。
【００３７】
（３）前記実施の形態では、ワーク検出手段としてのワークセンサ１８及び動作位置検出手段としてのクランプセンサ１９に磁気センサを使用したが、光センサやフォトセンサを使用してもよい。
【００３８】
（４）前記実施の形態では、ワーク保持装置の使用環境を特定しなかったが、使用環境としては、大気中でも真空中でもよい。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の構成によれば、可動枠を弾性変形可能な変形部材を介して本体枠に支持したので、可動枠が本体枠に対して摺動することが無い。このため、ワーク保持装置からパーティクル等の異物の発生を抑えることができるという効果を発揮する。
【００４０】
請求項２に記載の発明の構成によれば、請求項１に記載の発明において、変形部材を、平行に配置され、かつ可動枠の移動方向に対して傾けて配置された複数の板ばねとしたので、可動枠が水平方向及び垂直方向の移動を伴いながら移動することになる。このため、請求項１に記載の発明の効果に加え、ワークの保持・搬送のための工程数を減らすことができるという効果を発揮する。
【００４１】
請求項３に記載の発明の構成によれば、請求項１に記載の発明において、ワークの有無を検出するワーク検出手段と、駆動源の動作部の位置を検出する動作位置検出手段とを備えてそれぞれの出力信号により前記ワークの保持状態を把握するようにしたので、両検出手段によりワークが正常に掴まれていることを検出することが可能になる。このため、請求項１に記載の発明の効果に加え、ワークが正常に保持されている状態を確実に検出することができるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態に係り、ワーク保持装置を示す平面図である。
【図２】ワーク保持装置を示す側面図である。
【図３】本体枠を示す側断面図である。
【図４】２枚の板ばね等が作る平行四辺形の動作イメージをモデル化して示す図である。
【図５】本体枠を一部破断して示す平面図である。
【図６】ワーク保持装置を示す側面図である。
【符号の説明】
１ 本体枠
２ エアピストン（駆動源）
３ 基盤ベース（可動枠）
７ ピストン（動作部）
１３ 変形部材
１３ａ 板ばね
１３ｂ 板ばね
１８ ワークセンサ（ワーク検出手段）
１９ クランプセンサ（動作位置検出手段）

Claims (2)

1. 本体枠に設けられた一つの駆動源により可動枠を移動させることにより、可動枠と本体枠との間でワークを掴んで保持するワーク保持装置において、
   前記可動枠を弾性変形可能であり、平行に配置され、かつ前記可動枠の移動方向に対して傾けて配置された複数の板ばねである変形部材を介して前記本体枠に支持したこと、
   前記可動枠が、（１）前記傾けて配置された複数の板ばねが前記平行を保持したまま変形することによる作用により、前記一つの駆動源の力を受けて、前記本体枠に近づくことにより、前記ワークの掴み動作、又は前記本体枠から遠ざかることにより解除を行う動作、及び( ２ ) 重力の作用方向に上下移動を行う動作を同時に行うこと、
   を特徴とするワーク保持装置。
2. ワークの有無を検出するためのワーク検出手段と、
   前記駆動源の動作部の位置を検出するための動作位置検出手段と
   を備えてそれぞれの出力信号により前記ワークの保持状態を把握することを特徴とする請求項１に記載のワーク保持装置。

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