JP4022461B2 - 搬送アーム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は搬送アームに係り、液晶基板等の搬送装置等において、大型基板をコンパクトな搬送スペースで精度良く搬送する搬送アームに関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、半導体、液晶製品の製造工程において、真空雰囲気でのプロセスが重要な位置を占めており、そのなかでも真空雰囲気での基板等のワーク搬送が装置構成においてきわめて重要となっている。
【0003】
出願人は、この搬送装置に利用され、基板等を高精度に搬送可能な搬送アームを種々、開発している(たとえば特許文献1参照)。図9は、特許文献1に開示されている搬送アームの概略構成を示した平面図である。この搬送アーム100は、基板搬送装置の本体103上に取り付けられた基台プレート102上に回転軸R1,R2に支持されている。搬送アーム100自体は、短節を共有して連結された2組の平行リンク110,120とから構成されている。
【0004】
搬送アーム100は2本の平行配置されたアーム111,112の軸端を一体的に支持する基台プレート102が短節113となるように一方の関節114を駆動回転軸R1とし、他の関節115を従動回転軸R2とし、駆動回転軸R1の回転によりアーム111,112をそれぞれの回転軸R1,R2に対して旋回させる第1平行リンク110と、短節113に対向する他の短節プレート116と、この短節プレート116を第1平行リンク110と共有するように関節127,128に平行配置された2本のアーム121,122が連結された第2平行リンク120と、第2平行リンク120の一方のアーム122が延長され、その先端に回動可能に取り付けられたスライダ131を短節プレート116に直交する方向に直線案内するガイドレール130が形成されたリニアガイド132と、第2平行リンク120の短節プレート116の対辺の短節プレート123に一体的に取り付けられた搬送台105とから構成されている。搬送台105は先端に基板等の搬送対象物(S)が載置される。
【0005】
図9に示した位置を初期位置とした搬送アーム100は、回転駆動軸R1を矢印方向θに回転することにより、図12に示したように、スライダ131が本体方向へ戻るようにスライドし、これと同時に搬送台5がC方向を本体から離れるように移動する。さらに回転駆動軸R1の回転により、最終的には図13に示した位置までリンク形状が変形し、平行リンクの各アーム111,112,121,122が干渉する直前の状態までアームを最大限伸長させることができる。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−200583公報。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、液晶基板の製造分野においては、ワークサイズをより大きくすることで、生産量の確保とコスト低減が最重要課題とされ、より大型基板を製造することが求められている。また基板の大型化に伴い、真空内の搬送機器形態もそれに対応させる必要がある。たとえば700×900mm程度までの基板では、2本のアーム(平行リンク)を連携動作させるたとえばベルト駆動方式等を備えた搬送装置で十分に機能するが、1000mm×1000mm角以上の大型基板を搬送するような場合、ワークサイズの大型化にあわせてアーム旋回範囲を確保できる占有面積に拡大しなければならないという根本的な問題に加え、搬送距離が長くなることによるアームのたわみの問題、基板搬送過程で搬送軌跡が蛇行するという問題も生じるおそれがある。たとえば1000mm×1200mmの基板では搬送に必要な占有面積は直径2400mm程度になるため、ロボットが収納される真空チャンバーの最小幅が3000mmを超え、搬送装置を交通輸送する上での問題も予想される。
【0008】
そこで、本発明の目的は、上述した問題を解消し、搬送装置において、大型の基板を、コンパクトなスペースで精度良く搬送できるようにした搬送アームを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は 固定部に支持され同心配置された少なくとも2本の回転駆動軸のそれぞれの軸端に、平行リンクを構成するレバーのうちの、前記2本の回転駆動軸位置を節点とする隣接した二辺を独立して連結して駆動レバーとし、該駆動レバーの一方を延長させた他端を、基板搬送台を先端に支持する支持レバーの中間支点に連結し、該支持レバーの一端を、前記平行リンクを構成する一辺を含むガイド部材上に設けられたリニアガイド上を直線走行するスライダに連結するとともに、他端に基板搬送台を設け、前記駆動レバーに付与された回転動作により、前記平行リンクのなす平行四辺形を変形させて前記支持レバーの一端を、前記リニアガイドに沿って往復運動させて、他端に設けられた前記搬送台を所定の軌道で移動させるようにしたことを特徴とする。
【0010】
前記平行リンクを構成するレバーのうちの、前記2本の回転駆動軸位置を節点とする隣接した二辺に同一回転運動を付与し、前記支持レバーの基板搬送台を支持する端部を、前記回転駆動軸周りに回転させることが好ましい。
【0011】
他の発明として、固定部に支持され同心配置された少なくとも2本の回転駆動軸のそれぞれの軸端に、駆動レバーとガイド部材とを独立して連結し、前記駆動レバーの他端を、基板搬送台を先端に支持する支持レバーの中間支点に連結し、該支持レバーの一端を、前記ガイド部材上に設けられたリニアガイド上を直線走行するスライダに連結するとともに他端に基板搬送台を設け、前記駆動レバーに付与された回転動作により、前記支持レバーの一端を、前記リニアガイドに沿って往復運動させて、他端に設けられた前記搬送台を所定の軌道で移動させるようにしたことを特徴とする。
【0012】
上述の発明において、前記2本の回転駆動軸と同心配置された第3の回転駆動軸を設け、該第3の回転駆動軸端と、前記支持レバーの中間支点及び基板搬送台を支持する端部とをそれぞれ回転中心として回動可能な3本の同一長のレバーを設け、前記3本のレバーを3クランク機構として、前記第3の回転駆動軸から付与された所定の回転動作を前記基板搬送台に伝達させることが好ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の搬送アームの一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
[第1の搬送アーム]
図1は基板搬送装置に用いられる、複数本のレバーから構成された搬送アーム1全体を示した平面図である。搬送アーム1は、大気側から真空雰囲気内に真空シール(図示せず)を介して延設され、点Oを中心として固定部2に支持されて同心配置された3本の回転駆動軸R1,R2,R3(図2参照)のそれぞれの上端に固着された3本のレバーと、これらレバーと連結されて複数個の平行リンクを構成する複数本のレバー群とから構成されている。
【0014】
これらの回転駆動軸R1,R2,R3は、図2に示したように、中実回転駆動軸R1と、この中実回転駆動軸R1を玉軸受(図示せず)で回転可能に支持するともに、独立して回転駆動可能な中空筒状回転駆動軸R2と、中空筒状回転駆動軸R2を玉軸受(図示せず)で回転可能に支持するとともに、独立して回転駆動可能な中空筒状回転駆動軸R3とから構成され、図示しない回転制御部により回転角、回転角速度、回転方向が高精度に制御される。
【0015】
これらの回転駆動軸のうち、最外周に位置し、固定部2に支持された中空筒状回転軸R3の上端にはレバー11が固着されている。このレバー11は中空筒状回転軸R3の回転駆動に伴い、点Oを中心に、駆動レバーとして所定半径(OA)で回動する。支点Aを共有してレバー14が回転可能に連結されている。
【0016】
中空筒状回転軸R3の内空部には玉軸受(図示せず)で支持された中空筒状回転軸R2が配置されている。中空筒状回転軸R2の上端はレバー11の回転軸位置を貫通してレバー11の上面から突出した位置でレバー12の下面に固着され、駆動レバーとしてのレバー12の回転駆動軸となる(図2)。このとき、図1に示したように、レバー12は、上述の回転軸位置を節点とする隣接した二辺となる平行リンクのレバー11と隣接した他の一辺に相当し、さらにレバー12の支点間(OD)の中間位置にはレバー14の支点間長(AC)と等しい長さをとって中間支点Bが設けられている(AC=OB)。この中間支点Bとレバー14の支点Cとはガイドブロック16の面上にレバー11の支点間長(OA)と等しい離れをとって回転可能に固着されている。したがって各支点の連結によって、平行リンクとしての平行四辺形機構□OBCAが構成され、その1辺であるレバー11をクランクとして回転することによりレバー14は駆動レバーとしてのレバー12に対して平行移動動作を示す。
【0017】
駆動レバーとしてのレバー12の支点Oと反対端の支点Dには、この支点を共有してレバー全長を内分する中間支点となるように、支点間長(EH)のレバー15の中間部が回転可能に連結されている。レバー15は、図1に示したように、長尺のレバーで、支点Hにおいて、基板搬送台を支持する支持レバーとして機能する。端部このとき中間支点Dの位置は支点Eとの支点間長(DE)がレバー12の中間支点Bと支点Dとの支点間長(BD)と等しくなるように設定されている(ED=DB)。また支持レバーとしてのレバー15の中間支点Dと支点Hとの支点間長(DH)は支点Hに回転可能に連結され、後述するクランクを構成する、平行リンクの短辺に相当する短いレバー21(本明細書では、後述する、これと同一長のレバーを短レバーと記している。)に取り付けられるハンド(図示せず)及びハンドで搬送される基板の大きさ及び搬送距離で決定される。
【0018】
ガイド部材としてのガイドブロック16は本実施の形態では、図示したような略三角形状をなし、そのブロック上には支点Bと頂点Kとを結んでリニアガイド22が設けられている。リニアガイド22はスライダ23と、スライダ23の直線移動を案内するガイドレール24とから構成されている。そしてスライダ23にレバー15の支点Eを固着することにより、レバー15の一端をリニアガイド22に沿って直線移動させることができる。したがってレバー15の他端の支点Hは支点Eの直線運動の行程を拡大した直線運動をする。
【0019】
さらにレバー群の先端に連結されたレバー21の回転運動を実現するために3クランクが組み込まれている。すなわち、支点O位置において、レバー12の先端からわずかに突出した中実回転駆動軸R1の上端に短レバー13が固着され、レバー12の支点Dにおいてレバー15の上部位置に短レバー13と同形の短レバー19が回転自在に取り付けられ、短レバー13の先端支点Fと短レバー19の先端支点Gとの間にレバー18が掛け渡され、平行四辺形機構□OFGDが構成され、このとき短レバー19とレバー21とは等しい支点間長を有して平行に取り付けられ、先端支点G,支点Iとの間にレバー20が掛け渡され、平行四辺形機構□DHIGが構成されている。平行四辺形機構□OFGD,□DHIGとは短レバー19を共有するので、これらのうちの1辺である短レバー13をクランクとして回転することによりレバー21は短レバー13と同位相で回動することができる。
【0020】
(支点Hの直線運動)
支点H(レバー21)を直線運動させるための各レバーの動作について図1,図3を参照して説明する。説明のために、図1の平面図中、点Oを原点とするXY座標軸とし、図中の角度をθO(レバー12とX軸とのなす角度),θA(レバー11とX軸とのなす角度),θB(=∠DBE),θE(=∠DEB),θD(=∠ODH)とする。△BDEが常に二等辺三角形を保つことにより、角度の関係に2θB=2θE=θDが成り立つ。このときのレバー15の先端支点Hの座標値をθO,θA及びとレバー12とレバー15の支点間長で表すと、
X=OD・COSθO+DH・COS(θO+2θA)
Y=OD・SlNθO−DH・SlN(θO+2θA)
このとき、レバー15の支点EはθO+θA=90°を死点としてリニアガイド22上を往復運動する。
したがって、図3各図に示したようにレバー12,レバー14とが接した状態(図3(a))から中空筒状回転軸R2、すなわち駆動レバーとしてのレバー12を回転方向α向きに回転させると、θD→0(∠BDE→180°)となり、レバー12とレバー15とが重なる(図3(b))。さらにレバー12の回動に伴い、レバー12,レバー14とが接した状態(図3(c))までレバー15の支点H(レバー21)を直線運動させることができる。そしてレバー21にアタッチメントとしての各種形状のハンドを取り付けることができる。なお、支点Hの移動軌跡は、レバー12を回転させる角速度に対してのレバー11を回転させる角速度を調整することにより直線状、所定の曲線状とすることができる。
【0021】
(支点Hの支点O周りの回転運動)
図4に示したように、短レバー13の回転をフリーにした状態で、レバー11とレバー12を点O周りに同期回転させることで、支点H(レバー21)を点O周りに半径Lで所定角度だけ回転させることができる。このとき半径Lはあらかじめレバー12の回動により所定値に設定しておく。そしてレバー11とレバー12との同期回転を行うことでハンドの支点O周りの回動動作を精度良く規定することができる。
【0022】
(レバー21の支点H周りの回転運動)
以上の直線運動、回転運動と独立して短レバー13を所定方向に回転させることにより、ハンドを支持するレバー21を支点H周りに同一方向、同一角度だけ回転させることができる。すなわち、図5に示したように、短レバー13を回転方向β向きに所定角度だけ回転させると、短レバー13がクランクとして回転し、短レバー19及びレバー21を回転方向βに同一角度だけ回転させることができる。したがって、直線運動あるいは支点O周りの回転運動したレバー15が定位置に停止した状態(あるいは同時に)で短レバー13を回転させることにより、レバー21を支点H周りに所定角度だけ回転させることができる。
【0023】
[第2の搬送アーム]
図6は、図1に示した搬送アームの構成部材のうち、平行四辺形機構□OBCAを構成するレバー11及びレバー14とを省略し、レバー12の中間支点Bを回転駆動軸支点Oと一致させて二等辺三角形△DBEを構成するようにした搬送アームの変形例を示している。
【0024】
図7に示したように、回転駆動軸のうち、最外周に位置し、固定部2に支持された中空筒状回転軸R3の上端にはレバー16が固着されている。このレバー16は、図1に示したガイド部材の機能を有する部材で、レバーとして回転運動するとともに部材上にリニアガイド22が設けられている。リニアガイド22はスライダ23と、スライダ23の直線移動を案内するガイドレール24とから構成されている。そしてスライダ23に支点Eを固着することによりレバー15の一端をリニアガイド22に沿って直線移動させることができ、レバー15の他端支点Hは支点Eの直線運動の行程を拡大した直線運動をする。
【0025】
中空筒状回転軸R3の内空部には玉軸受で支持された中空筒状回転軸R2が配置されている。中空筒状回転軸R2の上端はレバー16の回転軸位置を貫通してレバー16の上面から突出した位置でレバー12の下面に固着され、レバー12の回転駆動軸となる。
【0026】
駆動レバーとしてのレバー12の支点Oと反対端の支点Dには、この支点を共有してレバー全長を内分する中間支点となるように、支点間長(EH)のレバー15が支点Dに回転可能に連結されている。このとき中間支点Dの位置は支点Eとの支点間長(DE)がレバー12の支点間長(OD)と等しくなるように設定されている(ED=DO)。
【0027】
さらに図1と同様に、レバー群の先端に連結されたレバー21の回転運動を実現するために3クランクが組み込まれている。すなわち、支点O位置において、中実回転駆動軸R1の上端に短レバー13が固着され、レバー12の支点Dに短レバー19が、レバー15の支点Hに短レバー21が回転自在に取り付けられ、各短レバーの先端支点F,先端支点G間にはレバー18が、先端支点G,支点Iとの間にはレバー20が掛け渡され、全体として平行四辺形機構□OFGD,□DHIGとが構成され、そのうち短レバー19を共有するので、1辺である短レバー13をクランクとして回転することによりレバー21は短レバー13と同位相で回動することができる。
【0028】
以上の構成において、駆動レバーとしてのレバー12とレバー18とは平行四辺形機構を構成する部材間の干渉を避けるために、所定の屈曲形状に仕上げられている。
【0029】
(支点Hの直線運動)
この第2の搬送アームにおいても、△ODEが常に二等辺三角形を保つことにより、レバー15の支点Eはリニアガイド22上を往復運動することができる。図8に示したようにレバー12,レバー18とが干渉する直前位置(図8(a))から中空筒状回転軸R2、すなわち駆動レバーとしてのレバー12を回転方向α向きに回転させることにより、レバー12,レバー16及びレバー15とが重なる部材の位置関係を経て(図8(b))、レバー12,レバー18とが再び干渉する直前位置(図8(c))までレバー15の先端支点Hを軌跡に示したような直線運動させることができる。
【0030】
以上の説明において、レバー11,レバー12の回転駆動制御を支点Hが所定の軌跡(たとえば所定の曲線運動を含む)を移動するように補間すれば真空雰囲気におけるリンク式多軸搬送が可能となる。これに加えて短レバー13を回転制御すればレバー21に搭載されるハンド(図示せず)の姿勢を変更することができる。
【0031】
なお、以上で説明した各レバー(リンク)の支間長(アーム長)は数値的に限定されることはなく、短いアーム長で同一長の平行リンクにも適用できる。また、各軸受は玉軸受などのダストフリーの転動体を採用することで転がり抵抗を最小限にでき、優れた位置決め特性が確保できる。さらに、搬送アームにおいて、その用途、仕様に応じて上下動機構、アーム全体の回転機構、リンク先端の回転軸か固定か否かの組み合わせは適宜付加、削除することができることはいうまでもない。
【0032】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明によれば、以下の種々の効果が得られる。同軸配置された多軸回転駆動軸の駆動により動作する全リンク機構により先端側のリンク長さを長くして多軸制御することで、より搬送距離の長い直線移動をより少ないスペースで実現できる。これによりワーク積載ハンドを短くでき、ハンドのたわみを押さえることができる。
【0033】
また、搬送アームとして十分に剛性を確保されたリンク機構を採用することにより、幾何学的な搬送が実現でき、ベルト等を採用した搬送アームに比ベ、優れた直進性を確保でき、さらに搬送速度のより高速化が可能となり、生産効率の向上を期待できる。
【0034】
リンク機構の支点は全て玉軸受けなどの転動体(鋼球)を採用することで、転がり抵抗を最小限にでき、優れた位置決め特性が得られる。たとえば、低速時と高速時の位置決め精度が変化せず、位置決めが早く収束する。
【0035】
全リンク機構とすることにより、アウトガス源を備えないため低いアウトガス特性を達成できる。
【0036】
多軸回転駆動軸構造としたことにより、ロボット中心を基準としてワークを放射状に配置された処理室に搬送するという制限が緩和され、処理室内での基板位置決めの自由度が増える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の搬送アームの一実施の形態を示した平面図。
【図2】図1に示した第1の搬送アームを示した側面図。
【図3】第1の搬送アームによるハンドの直進動作状態を示した状態説明図。
【図4】第1の搬送アーム全体の旋回状態を示した状態説明図。
【図5】第1の搬送アームによるハンドの旋回状態を示した状態説明図。
【図6】本発明の第2の搬送アームの一実施の形態を示した平面図。
【図7】図6に示した第2の搬送アームを示した側面図。
【図8】第2の搬送アームによるハンドの直進動作状態を示した状態説明図。
【図9】従来の搬送アームの一例を示した平面図。
【図10】図9に示した従来の搬送アームによるハンドの直進動作状態を示した状態説明図(その1)。
【図11】図9に示した従来の搬送アームによるハンドの直進動作状態を示した状態説明図(その2)。
【符号の説明】
1 搬送アーム
レバー 11,12,14,15,18,19,20,21
短レバー 13,19
リニアガイド 22
回転駆動軸 R1,R2,R3
Claims (4)
- 固定部に支持され同心配置された少なくとも2本の回転駆動軸のそれぞれの軸端に、平行リンクを構成するレバーのうちの、前記2本の回転駆動軸位置を節点とする隣接した二辺を独立して連結して駆動レバーとし、該駆動レバーの一方を延長させた他端を、基板搬送台を先端に支持する支持レバーの中間支点に連結し、該支持レバーの一端を、前記平行リンクを構成する一辺を含むガイド部材上に設けられたリニアガイド上を直線走行するスライダに連結するとともに、他端に基板搬送台を設け、前記駆動レバーに付与された回転動作により、前記平行リンクのなす平行四辺形を変形させて前記支持レバーの一端を、前記リニアガイドに沿って往復運動させて、他端に設けられた前記搬送台を所定の軌道で移動させるようにしたことを特徴とする搬送アーム。
- 前記平行リンクを構成するレバーのうちの、前記2本の回転駆動軸位置を節点とする隣接した二辺に同一回転運動を付与し、前記支持レバーの基板搬送台を支持する端部を、前記回転駆動軸周りに回転させるようにしたことを特徴とする請求項1記載の搬送アーム。
- 固定部に支持され同心配置された少なくとも2本の回転駆動軸のそれぞれの軸端に、駆動レバーとガイド部材とを独立して連結し、前記駆動レバーの他端を、基板搬送台を先端に支持する支持レバーの中間支点に連結し、該支持レバーの一端を、前記ガイド部材上に設けられたリニアガイド上を直線走行するスライダに連結するとともに他端に基板搬送台を設け、前記駆動レバーに付与された回転動作により、前記支持レバーの一端を、前記リニアガイドに沿って往復運動させて、他端に設けられた前記搬送台を所定の軌道で移動させるようにしたことを特徴とする搬送アーム。
- 前記2本の回転駆動軸と同心配置された第3の回転駆動軸を設け、該第3の回転駆動軸端と、前記支持レバーの中間支点及び基板搬送台を支持する端部とをそれぞれ回転中心として回動可能な3本の同一長のレバーを設け、前記3本のレバーを3クランク機構として、前記第3の回転駆動軸から付与された所定の回転動作を前記基板搬送台に伝達させることを特徴とする請求項1または請求項3記載の搬送アーム。
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