JP4106172B2 - 搬送ロボット及び真空チャンバ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空チャンバやクリーンルーム等内で用いられる関節型搬送ロボット、及びその搬送ロボットを備えた真空チャンバに関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、真空チャンバ内で用いられる関節型の搬送ロボットにおいては、そのアームやハンドを駆動するためのギヤ、チェーン、ベルト等の駆動機構からの発塵が真空チャンバに漏れ出ないようにする必要があり、その１つの手段として、ロボット内部を真空チャンバと同じ真空状態とすることで、ロボット内外の圧力差をなくしてロボット内の発塵が外部の真空チャンバに出ないようにする方法がある。しかし、この場合、駆動機構がロボット内で真空状態に晒されるので、その耐久性や信頼性が不十分となるのは避けられない。
【０００３】
そこで、駆動機構が収容されるロボット内部を真空チャンバ外と同じ大気圧とした上で、アーム同士やアームとハンドとの関節部をシールして密閉構造とすることにより、ロボット内部の駆動機構からの発塵が真空チャンバに漏れ出るのを防ぐようにする対策が知られている。
【０００４】
このような関節部では、例えばアーム等の支持部材先端に例えばハンド等の揺動部材が支持軸（関節軸）を介して揺動可能に支持されており、この関節部の密閉シール構造として、従来、例えば特開平５―１９３７４１号や特開平１０―２０９２４４号の各公報等に示されるように、支持軸をその一端部にて複数のローラベアリング（又は１つのクロスローラ型ベアリング）により支持部材に支持する一方、他端側と支持部材との間に磁気シール等のシール部材を介在させて、このシール部材によりロボットの内部空間をロボット外に気密シールすることが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記提案のものでは、支持軸が一端部のみの片持ち状態で支持部材に支持されているので、ハンド等の揺動部材が受ける負荷により支持軸に曲げモーメントが作用する。そして、この揺動部材の負荷が大きくて支持軸の曲げモーメントが増大すると、支持軸が撓んで支持軸又は支持部材とシール部材との間の間隙が変化し、この間隙が例えば６μｍ程度に広がると、ロボット内外の圧力差が加わってシール不良が生じたり、シール部材が磁気シールである場合にはその磁性流体が流出したりする等の虞れがある。
【０００６】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記のように支持部材に揺動部材が支持軸を介して揺動可能に支持された関節部を持つ搬送ロボットに対し、その関節部のシール構造に改良を加えることにより、揺動部材の高負荷により大きな曲げモーメントが加わって支持軸が撓んだときでも、その支持軸の撓みによる間隙の増大変化を吸収するようにして、関節部のシール性の確保や磁気シールである場合の磁性流体の流出等を有効に防止することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的の達成のため、この発明では、シール手段として、磁気シールとラジアル軸受とを備えてなる磁気シールユニットを用い、その磁気シールユニットを支持軸と支持部材との間に弾性シール材を介して配置することで、支持軸の撓みによる間隙の増大変化を弾性シール材により吸収するようにした。
【０００８】
具体的には、請求項１の発明では、支持部材に揺動部材が支持軸（関節軸）を介して揺動可能に支持された関節部を有し、その関節部がシールされて密閉構造とされている搬送ロボットであって、上記支持軸が少なくとも一端部にて支持部材に対し軸受を介して揺動可能に支持されており、この軸受の位置とは異なる位置の支持軸と支持部材との間に、磁気シールとラジアル軸受とを備えてなる磁気シールユニットが弾性シール材を介して装着されていることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成により、支持軸と支持部材との間に磁気シールユニットが装着されているので、揺動部材の揺動と共に支持軸が揺動するときに、磁気シールユニットにおける磁気シールによりロボット内外の間がシールされる。
【００１０】
また、上記磁気シールユニットは支持軸と支持部材との間に弾性シール材を介して装着されているので、揺動部材の負荷による曲げモーメントにより支持軸が撓んで支持軸又は支持部材と磁気シールユニットとの間の間隙が変化したとしても、その間隙の増大変化は弾性シール材の弾性変形により吸収される。このため、たとえロボット内外の圧力差があってもシール不良が生じることはなく、磁気シールユニットの磁性流体が流出するのも防止することができる。
【００１１】
請求項２の発明では、支持軸は一端部のみにてクロスローラ型軸受により支持部材に支持され、支持軸の他端側と支持部材との間に磁気シールユニットが設けられている構成とする。この構成でも、上記請求項１の発明と同様の作用効果を奏することができる。
【００１２】
請求項３の発明では、磁気シールユニットの内面側又は外面側の一方に１対の弾性シール材が軸方向に間隔をあけて設けられている一方、他方に少なくとも１つの弾性シール材が設けられている構成とする。こうすると、弾性シール材の望ましい配置レイアウトが得られる。
【００１３】
請求項４の発明は真空チャンバに係るもので、この真空チャンバは、上記請求項１〜３のいずれか１つの搬送ロボットが内部に設置されていることを特徴とする。このことで、本発明の効果が有効に発揮される最適な搬送ロボット及びそれを備えた真空チャンバが得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図３において、１は図示しない基板に対し蒸着処理等の成膜処理を行うための処理チャンバ、２は該処理チャンバ１に隣接して設置された真空チャンバであって、両チャンバ１，２は各々の側壁の開口に連通する連通部３を介して接続されており、この連通部３は真空ゲート弁４により開閉される。上記真空チャンバ２内には、多数枚の基板を載置支持するカセット（図示せず）を収容するための多段の棚からなるストッカ６と、基板を成膜処理するために、このストッカ６の各棚からカセットを取り出して上記連通部３を経て処理チャンバ１に搬入し、或いは基板の成膜処理の後に処理チャンバ１からカセットを取り出してストッカ６の棚に戻す搬送動作を行う本発明の実施形態に係る真空用搬送ロボット８とが設置されている。
【００１５】
上記真空チャンバ２の下部には他の部分と同様に真空状態に保たれる駆動部収容室５が区画形成され、この駆動部収容室５には上記搬送ロボット８の基部９と、この基部９を後述するアーム２０，２２及びハンド２４と共に棒ねじ１５の回転を介して昇降移動する正逆転可能な昇降モータ１４を有する昇降駆動機構１６とが収容されている。
【００１６】
上記基部９には駆動部収容室５の上壁を貫通して真空チャンバ２内に突出する上下方向の円筒状の支持軸としての外側駆動軸１０と、その内部に同心に配置支持された内側駆動軸（図示せず）とがそれぞれ独立して揺動可能に設けられ、外側駆動軸１０は正逆転可能な第１揺動モータ１１により、また内側駆動軸は同様の第２揺動モータ１２によりそれぞれ歯付ベルト伝動機構（図示せず）を介して駆動されて揺動する。尚、上記基部９の各モータ１１，１２と駆動軸１０との間の伝動機構（図示せず）や上記昇降駆動機構１６は密閉ハウジング１７により、また外側駆動軸１０の周りはベローズ１８によりそれぞれ外部の空間（駆動部収容室５）から気密状に区画されており、これらハウジング１７及びベローズ１８の内部空間は大気圧とされている。
【００１７】
上記外側駆動軸１０の上端部には、内部に空洞を有する角筒状の第１アーム２０の基端部が揺動一体に取付固定され、この第１アーム２０の先端部にはその上面から突出する円筒状の第１支持軸２１が揺動可能に支持され、この第１支持軸２１の上端部には第１アーム２０と同様の筒構造の第２アーム２２の基端部が揺動一体に取付固定されている。また、この第２アーム２２の先端部にはその上面から突出する第２支持軸２３が揺動可能に支持され、この第２支持軸２３の上端部には上記各カセットを係止状態で載置支持するハンド２４が揺動一体に取付固定されている。
【００１８】
そして、上記第１アーム２０の基端部内に位置する内側駆動軸上端部と、第１アーム２０の先端部内に位置する第１支持軸２１下端部とは図外のチェーン伝動機構を介して駆動連結されている。また、第１支持軸２１内には上下方向に同心に延びる中間軸（図示せず）が相対回転可能に支持され、この中間軸の上端部は第２アーム２２の基端部内に位置し、この中間軸上端部と、第２アーム２２の先端部内に位置する第２支持軸２３下端部とは同様の図外のチェーン伝動機構を介して駆動連結されており、昇降モータ１４により基部９、第１及び第２アーム２０，２２並びにハンド２４を昇降させる一方、第１揺動モータ１１により外側駆動軸１０を介して第１及び第２アーム２０，２２及びハンド２４を外側駆動軸１０回りに、また第２揺動モータ１２により内側駆動軸、支持軸２１，２３及びチェーン伝動機構を介して第２アーム２２及びハンド２４を第１支持軸２１回りにそれぞれ揺動させるようにしている。
【００１９】
上記第１及び第２アーム２０，２２の各内部は大気圧に保たれており、このアーム２０，２２内の大気圧空間と真空チャンバ２内の真空空間とを遮断するために、第１アーム２０の先端部に第２アーム２２の基端部が第１支持軸２１を介して揺動可能に支持されている、第１及び第２アーム２０，２２間の関節部Ｊ１と、第２アーム２２の先端部にハンド２４の基端部が第２支持軸２３を介して揺動可能に支持されている、第２アーム２２及びハンド２４間の関節部Ｊ２とはいずれもシールされて密閉構造とされている。
【００２０】
上記２つの関節部Ｊ１，Ｊ２の構造はいずれも同じであるので、ここでは後者の第２アーム２２及びハンド２４間の関節部Ｊ２について説明する。すなわち、図１及び図２に示すように、第２アーム２２の先端部上面は開口されて、この開口には上下方向の軸心を有する円筒状の軸受部２７が嵌合され、この軸受部２７は上端部にて第２アーム２２の上壁に気密状に取付固定されている。軸受部２７内には上記第２支持軸２３が嵌挿され、この第２支持軸２３は下端部にて第１アーム２０の軸受部２７に対しクロスローラ型軸受２８を介して揺動可能に支持されている。上記クロスローラ型軸受２８は、インナ及びアウタレース２８ａ，２８ｂ間に回転中心が両レース２８ａ，２８ｂの対向方向に対し鉛直面内で対称に例えば４５°だけ両側に傾いた２種類のローラ２８ｃ，２８ｃ，…を周方向に交互に配置したものであり、ラジアル方向及びスラスト方向の荷重とモーメント荷重とを１つの軸受により受け得るようになっている。
【００２１】
一方、上記クロスローラ型軸受２８の位置とは異なる位置である第２支持軸２３の上端側、つまり上下中間部の外周面と軸受部２７内周面の上半部との間には磁気シールユニット３１が２対の弾性シール材３７，３７，３８，３８を介して装着されている。この磁気シールユニット３１は、円筒状の外筒部材３２と、この外筒部材３２内に同心に配置された内筒部材３３とを備えていて、両部材３２，３３間の両端部に１対のラジアル軸受３４，３４を、また両ラジアル軸受３４，３４間の中間部に磁気シール３５をそれぞれ配置したものであり、その磁気シール３５により第２アーム２２の内外の空間を遮断している。
【００２２】
具体的には、軸受部２７の上半部内周面には他の部分よりも大径の大径部２７ａが、また第２支持軸２３の上半部外周面には他の部分よりも小径の小径部２３ａがそれぞれ段差状に形成され、これら大径部２７ａ及び小径部２３ａの間に磁気シールユニット３１が外筒部材３２を大径部２７ａに、また内筒部材３３を小径部２３ａにそれぞれ嵌合した状態で装着されている。
【００２３】
そして、例えば上記磁気シールユニット３１の内筒部材３３は第２支持軸２３の小径部２３ａに密嵌合されているが、外筒部材３２は軸受部２７の大径部２７ａに上記内筒部材３３と小径部２３ａとの間の隙間よりも大きい隙間をあけて嵌合されている（尚、逆に、磁気シールユニット３１の外筒部材３２を軸受部２７の大径部２７ａに密嵌合し、内筒部材３３を第２支持軸２３の小径部２３ａに外筒部材３２と大径部２７ａとの間の隙間よりも大きい隙間をあけて嵌合してもよい）。
【００２４】
上記各弾性シール材３７，３８はいずれもＯリングからなるもので、上記磁気シールユニット３１の内面側及び外面側の双方、つまり磁気シールユニット３１の内筒部材３３内周面と第２支持軸２３の小径部２３ａ外周面との間、及び外筒部材３２外周面と軸受部２７の大径部２７ａ内周面との間にそれぞれ軸方向（上下方向）に所定の間隔をあけて１対ずつ設けられている。
【００２５】
図１及び図２中、４０は第２支持軸２３の下端部に回転一体に固定されているスプロケットで、上記チェーン伝動機構の一部をなしている。また、４２は磁気シールユニット３１の外筒部材３２を軸受部２７に回り止めするためのピン、４３は同じく磁気シールユニット３１の内筒部材３３を第２支持軸２３に回り止めするためのムシねじである。
【００２６】
また、図示しないが、上記クロスローラ型軸受２８及び磁気シールユニット３１のシール構造は、上記のようにアーム２０，２２間の関節部Ｊ１と第２アーム２２及びハンド２４間の関節部Ｊ２との他、基部９における外側駆動軸１０周りの関節部にも用いられている。
【００２７】
したがって、この実施形態においては、第１及び第２アーム２０，２２間の関節部Ｊ１における第１支持軸２１と第２アーム２２先端の軸受部２７との間、並びに第２アーム２２及びハンド２４間の関節部Ｊ２における第２支持軸２３と第２アーム２２先端の軸受部２７との間にそれぞれ磁気シールユニット３１が装着されているので、第２アーム２２及びハンド２４の揺動と共にそれぞれ第１及び第２支持軸２１，２３が揺動するときに、各磁気シールユニット３１における磁気シール３５によりアーム２０，２２内の空間が外部に対し遮断シールされる。このことで、アーム２０，２２内のチェーン伝動機構からの発塵がアーム２０，２２外の真空チャンバ２内に漏れ出るのを防止することができる。
【００２８】
また、上記各磁気シールユニット３１は支持軸２１，２３の外周面と軸受部２７の内周面との間にそれぞれ１対の弾性シール材３７，３７，３８，３８を介して装着されているので、例えば第２アーム２２及びハンド２４間の関節部Ｊ２で説明すると、そのハンド２４の負荷による曲げモーメントにより第２支持軸２３が撓んで、その支持軸２３の小径部２３ａ外周面と磁気シールユニット３１の内筒部材３３内周面との間の間隙、又は軸受部２７の大径部２７ａ内周面と磁気シールユニット３１の外筒部材３２外周面との間の間隙が変化したとしても、その間隙の増大変化を上記弾性シール材３７，３７，３８，３８の変形により吸収することができる。このため、たとえアーム２０，２２の内外で大気圧及び真空の間の圧力差があったとしても、アーム２０，２２内外のシール不良が生じることはなく、このシール不良により磁気シールユニット３１における磁気シール３５の磁性流体が真空チャンバ２に流出するのを防止することができる。
【００２９】
尚、上記実施形態では、各支持軸２１，２３を下端部のみにてアーム２０，２２の軸受部２７に１つのクロスローラ型軸受２８により支持しているが、上下の複数箇所でクロスローラ型軸受２８以外の通常の軸受を用いて支持するようにしてもよく、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００３０】
また、上記実施形態では、磁気シールユニット３１の内外面の双方にそれぞれ１対の弾性シール材３７，３７，３８，３８を配置しているが、磁気シールユニット３１の内面側又は外面側の一方、つまり磁気シールユニット３１の内筒部材３３内周面と支持軸２３外周面との間の間隙又は磁気シールユニット３１の外筒部材３２外周面と軸受部２７内周面との間の間隙のうちの大きい側（上記実施形態の構造では、後者の磁気シールユニット３１の外筒部材３２外周面と軸受部２７内周面との間の間隙）に軸方向に間隔をあけて１対の弾性シール材３８，３８を設け、他方、つまり上記間隙のうちの小さい側（同じく、前者の磁気シールユニット３１の内筒部材３３内周面と支持軸２３外周面との間の間隙）には１つの弾性シール材３７を設けてもよい。こうすると、弾性シール材３７，３８の必要数を少なくしてコストダウンを図りながら、支持軸２１，２３の撓みによる間隙の増大変化を弾性シール材３７，３８により吸収してシール性の確保を図ることができる。
【００３１】
さらに、上記実施形態では、ハンド２４や第２アーム２２が支持軸２１，２３と直交する方向に延びている搬送ロボット８に適用しているが、本発明は、ハンドやアームが支持軸と平行に延びていて支持軸回りの揺動により捩り動作をする搬送ロボットに対しても適用することができる。
【００３２】
また、本発明は、上記実施形態の如き真空用搬送ロボット８の他、クリーンルームで使用されるクリーンルーム用の搬送ロボットにも適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明した如く、請求項１の発明では、支持部材と、その支持部材に支持軸を介して揺動可能に支持された揺動部材とを有する関節部がシールされて密閉構造とされている搬送ロボットに対し、支持軸を少なくとも一端部にて支持部材に軸受を介して揺動可能に支持し、この軸受位置とは異なる位置の支持軸と支持部材との間に、磁気シールとラジアル軸受とを備えてなる磁気シールユニットを弾性シール材を介して装着した。また、請求項２の発明では、支持軸を一端部のみにてクロスローラ型軸受により支持部材に支持し、支持軸の他端側と支持部材との間に磁気シールユニットを設けた。これらの発明によれば、支持軸の揺動に伴うシールを磁気シールユニットにおける磁気シールにより行いつつ、揺動部材の負荷により支持軸が撓んで支持軸又は支持部材と磁気シールユニットとの間の間隙が変化したとしても、その間隙の増大変化を弾性シール材により吸収して、ロボット内外のシール性の確保及び磁気シールユニットの磁性流体の流出の防止を図ることができる。
【００３４】
請求項３の発明によると、磁気シールユニットの内面側又は外面側の一方に１対の弾性シール材を軸方向に間隔をあけて設ける一方、他方に少なくとも１つの弾性シール材を設けたことにより、弾性シール材の望ましい配置レイアウトが得られる。
【００３５】
請求項４の発明によると、搬送ロボットが内部に設置されている真空チャンバとしたことにより、本発明の効果が有効に発揮される最適な搬送ロボット及び真空チャンバが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る搬送ロボットの関節部を拡大して示す断面図である。
【図２】 搬送ロボットのアーム及びハンドを示す断面図である。
【図３】 搬送ロボットの設置箇所を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 処理チャンバ
２ 真空チャンバ
８ 真空用搬送ロボット
９ 基部（支持部材）
１０ 外側駆動軸（支持軸）
２０ 第１アーム（揺動部材、支持部材）
２１ 第１支持軸
２２ 第２アーム（揺動部材、支持部材）
２３ 第２支持軸
２４ ハンド（揺動部材）
２７ 軸受部
２８ クロスローラ型軸受
３１ 磁気シールユニット
３４ ラジアル軸受
３５ 磁気シール
３７，３８ 弾性シール材

Claims (4)

1. 支持部材に揺動部材が支持軸を介して揺動可能に支持された関節部を有し、該関節部がシールされて密閉構造とされている搬送ロボットであって、
   上記支持軸が少なくとも一端部にて支持部材に対し軸受を介して揺動可能に支持されており、
   上記軸受の位置とは異なる位置の支持軸と支持部材との間に、磁気シールとラジアル軸受とを備えてなる磁気シールユニットが弾性シール材を介して装着されていることを特徴とする搬送ロボット。
2. 請求項１の搬送ロボットにおいて、
   支持軸は一端部のみにてクロスローラ型軸受により支持部材に支持され、
   支持軸の他端側と支持部材との間に磁気シールユニットが設けられていることを特徴とする搬送ロボット。
3. 請求項１又は２の搬送ロボットにおいて、
   磁気シールユニットの内面側又は外面側の一方に１対の弾性シール材が軸方向に間隔をあけて設けられている一方、他方に少なくとも１つの弾性シール材が設けられていることを特徴とする搬送ロボット。
4. 請求項１〜３のいずれか１つの搬送ロボットが内部に設置されていることを特徴とする真空チャンバ。

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