JP4313593B2

JP4313593B2 - 熱処理ユニット

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Publication number: JP4313593B2
Application number: JP2003085328A
Authority: JP
Inventors: 秀樹田中
Original assignee: Espec Corp
Current assignee: Espec Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004292094A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンベア装置と移載装置と熱処理装置とを有する熱処理ユニットに関し、特にコンベア装置と熱処理装置との間のワーク移載技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱処理室内でＬＣＤガラス基板等の平板状のワークを多段に支持して１枚づつ出し入れしつつ熱処理する通常クリーンオーブンと称される熱処理装置とワークの生産ラインから熱処理装置までワークを搬出入する装置とを組み合わせた装置としては、例えば特許文献１に記載の如く、回転及び昇降とアームの伸縮とが可能な三次元動作をするロボットを使用した装置が従来から一般的に用いられてきた。
【０００３】
このようなロボットを用いると、動作に自由度があってその範囲が広いため、例えば特許文献２に記載の如く、回転及び移動動作に加えて３ステーション間のワークの移載も可能になり、ワークの製造ライン及び諸装置の配置上の自由度が大きくなって使用に便利であった。
【０００４】
このようなロボットを使用した装置では、通常、熱処理装置に対向する位置になっているロボットハンドが、水平方向に往復移動して熱処理室内で積載装置に載せられていて熱処理の完了したワークを取り出し、回転及び下降の同時動作をしてワークを搬送するコンベアに対向する位置になり、往復移動してワークをコンベア上に載せることにより、熱処理装置から搬送ラインへワークを移載している。又、ロボットハンドが、搬送ラインから熱処理されるべき新たなワークを取り上げ、回転及び上昇の同時動作をして熱処理装置に対向する位置になり、往復移動して熱処理室内の積載装置に新ワークを載せることにより、搬送ラインから熱処理装置へワークを移載している。
【０００５】
しかしながら、ロボットを使用した上記のようなワーク移載動作では、回転動作があるためロボットに複雑な回転機構が設けられていてその故障が頻発すること、回転と昇降との同時動作のため同期制御のための高価なコントローラーが必要になること、熱処理装置と搬送ライン間のワーク移載のための距離が長く、従って回転と昇降とを同時動作にしてもワーク移載のための時間が長くなり、高速動作が必要になること、従ってワークをハンド上に保持するための力が大きくなって真空吸着支持構造の採用が不可欠であること、その場合には、熱処理時に発生する昇華物ガスを吸引するため、ワークを載せる真空チャック部や真空管内に昇華物が付着し、その除去のための保守作業の負担が大きかったこと、等の諸問題があった。
【０００６】
又、ＬＣＤガラス基板等のワークでは例えば1850mm×2100mmのような超大型のものが出現するなどその大型化の傾向が著しく、そのようなワークを取り扱うロボットハンドでは、ハンド寸法の大型化とワークの重量増加とによって特に回転時のワークの慣性力及び遠心力が大きくなり、ワーク保持力を一層大きくする必要があり、真空吸着支持が不可欠であると共に、それでもワーク保持が難しい傾向になってきている。その反面では、ワークの大型化により、自由度の高い搬送ラインの計画が困難になっていて、移載装置としてロボットを使用する利点が少なくなっている。
【０００７】
一方、特許文献３のように、三次元ロボットでなく二次元動作のワーク搬入及び搬出装置によって熱処理装置と搬送ラインとの間でワークを移載するようにした熱処理ユニットも提案されている。この装置では、ローラコンベアからなる搬送ラインの道中に熱処理装置を配設し、その上流側及び下流側のコンベア直下にそれぞれ１台づつワーク搬入装置及び搬出装置を設置し、コンベアの中心位置の下から搬送方向に配設されたワーク搬送用のアームを搬送面を通過させて昇降させ、搬入装置で上流側のコンベアから熱処理されるべき新ワークを取り上げて熱処理装置に入れ、搬出装置で熱処理装置から熱処理済みのワークを取り出して下流側のコンベアに載せるようにしている。
【０００８】
しかしながら、このような熱処理ユニットでは、コンベアライン中に熱処理装置を配置しているので、ワークの移載装置として搬入装置及び搬出装置の合計２台の装置が必要になるため配置スペースが大きくなり、構造も複雑になってコスト高になること、コンベアラインの中に上記２台のワーク移載装置があるためその分だけコンベアラインが長くなること、主コンベアラインから直角な方向に熱処理用の副コンベアラインを設けるとすればそのラインが長くなって大きな設置面積を占めること、コンベアラインに直角な横方向に回転軸を設けてその両端及び中間部分に多数のローラを取り付けて大型のワークを支持するような大型コンベアでは、ローラ軸のためアームが昇降できずワークを取り扱えないこと、等の多くの問題がある。
【０００９】
なお、特許文献４には、横方向に設けられた軸の中間部分にも搬送ローラを持つコンベアにおいて、軸の間の位置で搬送される基板の範囲外の位置に回転中心を持ち基板の範囲内の位置まで張り出して範囲内の位置で基板を支持する回転式張り出し型の基板支持ピンを有し、その状態で次の基板をその下まで搬送させ、上の基板がロボットハンドで取り上げられると、ピンの回転と昇降動作によって下の基板を支持して上に持ち上げ、従来の直立ピンのときのロボットの待機時間の発生を解消するようにした基板処理装置が示されている。
【００１０】
しかしながら、このような装置では、従来の通常の装置と同様に三次元動作をするロボットを使用しているため、前記のロボットを使用した装置と全く同じ問題がある。
【特許文献１】
特開2002-257474 号公報（図７及び明細書の段落26,28 の記載等）
【特許文献２】
特開平１０−５９５４１号公報（図 8,9及び明細書の関連説明）
【特許文献３】
特開平６−６６７１５号公報（図１、２、４等及び関連説明）
【特許文献４】
特開平１０−３１０２４０号公報（図２、３、４及び関連説明）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、従来技術における上記問題を解決し、ワークの移載装置部分が、簡単な構造で低コストで故障が少なく、動作が簡単で動作数が少なく低速化が可能なものであり、ワーク保持部を真空吸着構造に代えて摩擦保持構造にすることが可能で、１台でコンベア装置と熱処理装置との間のワークの移載が可能で、ワーク生産用のコンベアラインを最短にすることができる熱処理ユニットを提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、請求項１の発明は、コンベア装置と熱処理装置と移載装置とを有する熱処理ユニットであって、
前記コンベア装置は、熱処理されるべき平板状のワークを載せて該ワークの搬送と該搬送の方向の所定位置への停止とを可能にする複数のローラ列であって、前記搬送の方向に直角な横方向に中間ローラを含む複数のローラを備えていて該ローラが前記搬送の方向に間隔を空けて配設されている複数のローラ列を有し、
前記熱処理装置は、前記横方向に前記コンベア装置の前記所定位置に対向するように配設されていて、熱処理室と、該熱処理室の中に設けられ前記ワークを多段に支持可能な支持部と、該支持部に支持される前記ワークを前記熱処理室に通過可能にする開口であって該開口の前記搬送方向の位置が前記所定位置と同じ位置になるように設けられた開口とを有し、
前記移載装置は、前記ワークを載せて保持可能な保持部を備えていて前記横方向に細長い複数のハンドであって昇降されるときに前記所定位置の上下方向の位置にあり前記コンベア装置の外側であって前記コンベア装置に対して前記熱処理装置の反対側の外側の位置で結合部によって前記搬送の方向に結合されているハンドと、前記結合部が結合されていて該結合部の前記横方向への移動を案内するリニアガイドを備えていて前記結合部を介して前記ハンドを前記横方向に移動可能にする移動機構と、前記リニアガイドが設けられた前記移動機構用のケースを備えていて該移動機構用のケースと前記リニアガイドと前記結合部とを介して前記ハンドの前記昇降を可能にする昇降機構とを有し、
前記間隔のうちの少なくとも一部分は、前記昇降機構が前記ハンドを下降させたときに前記ハンドが入るように形成されていて、
前記昇降機構と前記移動機構とは、前記ハンドを昇降させると共に前記横方向に移動させて前記支持部と前記ハンドとの間で前記ワークの移載を可能にするように形成されている、
ことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、上記に加えて、前記保持部は前記ワークが載せられたときに該ワークと接触し該ワークを摩擦力で保持可能なゴム材料からなる接触部材を有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明を適用した熱処理ユニットの全体構成の一例を示す。
熱処理ユニットは、コンベア装置１と移載装置２と熱処理装置としてのクリーンオーブン３とを有する。コンベア装置１と移載装置２とは一体形成されていて、台板１０１上でケーシング１０２で囲われている。クリーンオーブン３は独立して配置されている。又本例では、図２に示すように、クリーンオーブン３に隣接して熱処理装置でもある冷却装置３Ａを備えた熱処理ユニットが設けられている。２つの熱処理ユニットのコンベア装置１には、ワーク生産用の搬送ラインを形成するためのコンベア装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃが接続している。なお図１（ａ）では、移載装置２との関係を分かりやすくするために、コンベア装置１Ａ及び１Ｂと接続しているコンベア装置１をその外形範囲だけで示している。
【００１５】
図３及び図４はコンベア装置１の一部分の構成例を示す。
本装置は、熱処理されるべき平板状のワークとしてＬＣＤガラス基板やＰＤＰの製造プロセスで取り扱われるガラス基板等のワークＷを載せて、ワークＷの搬送と、搬送の方向であるＹ方向の所定位置としてワークＷの前後端が図１（ａ）にも示すＳ₁、Ｓ₂位置になるような位置への停止とを可能にする複数のローラ列１１を有する。
【００１６】
複数のローラ列１１は、複数のローラ１２を有し、これらのローラがＹ方向に間隔ｄを空けて配設されている。又、ローラ列１１はＹ方向に直角な横方向であるＸ方向に設けられた支持軸１３を有する。
【００１７】
ローラ１２は、図３では大部分の図示を省略しているが、図１（ｂ）に示す如く、本例では支持軸１３に支持された中間ローラを含む複数のローラとして合計８個で構成されている。ローラ１２の駆動系は、モータ１４、その回転軸に取り付けられた駆動プーリ１５、支持軸１３を軸端部に取り付けられ支持軸１３を回転させるように配設された従動プーリ１６、これらのプーリ及び支持軸１３の端部に巻き掛けられたエンドレスの歯付きベルト１７、前記支持軸１３、等によって構成されている。
【００１８】
ワークＷのＸ方向の両端は、図４（ａ）及び（ｂ）のように、両端のローラ１２のフランジ部１２ａ又は自由回転可能なローラ１２’の回転面で案内され、それによってＸ方向の位置が定められる。又ローラ１２は、図４（ｃ）に示す如く、図３（ａ）に示すような軸１３を備えず、Ｘ方向にそれぞれ独立して支持されていて、その下方の支持台１８に設けられた駆動軸１９で駆動されるような構造のものであってもよい。
【００１９】
図５乃至図７は本発明を適用した移載装置の構成例を示す。
移載装置２は、前記横Ｘ方向に細長い複数のハンド４とこれらを昇降可能にする昇降機構５とＸ方向に移動可能にする移動機構６とを有する。ハンド４は、これが動かされたときにワークＷを載せた状態で保持可能な保持部としてのパッド４１を備えていて、図１、２に示す如く、昇降されるときにはコンベア１上のワークＷの所定位置であるＳ₁〜Ｓ₂位置の上下方向であるＸＹＺ三次元軸のＺ方向の位置にあり、Ｙ方向においてコンベア装置１の外側で結合部となる移動板４２で結合されている。
【００２０】
昇降機構５は、本例ではベルト式になっていて、駆動モータ５１、その駆動軸５２、その回転を伝達するためのかさ歯車５３、従動軸５４、この軸によって回転される駆動側プーリ５５、これに巻き掛けられた歯付きベルト５６、従動側プーリ５７、ベルト５６に取り付けられた昇降板５８、これに取り付けられＺ方向に昇降可能にされた移動機構用のケース５９、昇降板５８をＺ方向に案内するリニアガイド６０（図７（ｂ））、等によって構成されている。
【００２１】
ベルト部分は支柱を形成している柱状ケース５６ａで囲われている。駆動側及び従動側プーリ５５及び５７は、図示を省略しているがこの柱状ケース５６ａから回転自在に支持されている。柱状ケース５６ａは、図１に示すように熱処理ユニットの台板１０１上でケーシング１０２に結合されてベルト部分の支持部材になっていて、コンベア装置１の搬送経路の範囲外の位置に立設されている。なお、昇降機構としては、前記のようなベルト式のものに代えて、ボールネジやエアーシリンダやラックとピニオン等の公知の各種直線移動機構を用いることができる。
【００２２】
移動機構６は、昇降機構５と同様に本例ではベルト式になっていて、駆動モータ６１、その駆動軸６２、その回転を伝達する駆動側プーリ６３、これに巻き掛けられた歯付きベルト６４、従動プーリ６５、ベルト６４に固定された前記移動板４２、移動板４２と結合されてこれをＸ方向に案内するリニアガイド６６、上下レール６６ａ、６６ｂ、移動板４２に取り付けられレールの間で回転移動する支持ローラ６６ｃ、等によって構成されている。
【００２３】
ベルト部分は前記移動機構用ケース５９で囲われていて、移動板４２はスリット５９ａに沿ってＸ方向に移動可能になっている。又、ハンド４のＸ方向の移動前後の位置を検出するようにセンサ部６７が設けられている。なお、図６のセンサ部６７は後位置検出用のもので、前位置検出用のものは図示されていない。符号６８及び６９は真空引き用のパイプ及びこれを導設するためのフレキシブルチューブである。
【００２４】
なお、移動機構６としては、昇降機構５と同様に、このようなベルト式のものに代えて、ボールネジやエアーシリンダやラックとピニオン等の公知の各種直線移動機構を用いることができる。
【００２５】
図８乃至図１０はクリーンオーブンの全体構造の一例を示す。
クリーンオーブン３は、図１、２に示すようにＸ方向にコンベア装置１と対向するように配設されていて、熱処理室３１と、その中に設けられワークＷを多段として本例では３１段に支持可能な支持部３２と、これに支持されるワークＷを熱処理室３１へ出し入れ可能にする開口３３とを有する。開口３３は、図１（ａ）に示す如く、そのＹ方向位置が前記Ｓ₁、Ｓ₂からなる所定位置と同じ位置になるように設けられている。
【００２６】
熱処理室３１のＹ方向の両側及びＺ方向の下部には空調部分があり、この部分に、矢印で示す熱風の循環方向の順に、４台の送風機３４及びそのモータ３４ａ、入口ダクト部３５ａ、高性能フィルタ３６、出口ダクト部３５ｂ、下部空間に配置され循環空気を例えば２５０℃程度に加熱して熱風にする加熱器３７、等が設けられている。
【００２７】
支持部３２は、Ｙ方向の両側に立設された支柱３２ａに取り付けられた３１枚の端ワーク受け３２ｂ、熱処理室の前後Ｘ方向の奥側に立設された支柱３２ｃに取り付けられた３１枚×３列の中間ワーク受け３２ｄ、等で構成されている。ワーク受け３２ｂ及び３２ｄは主として５段づつ６組に分けて構成されている。
【００２８】
開口３３にはスリット部材としての遮蔽板３８及び小扉３９が設けられていて、これらの昇降装置３８ａ及び開閉装置３９ａが設けられている。遮蔽板３８は、開口３３を塞ぐように設けられていて、ワークＷを出し入れ可能にするスリット３８ｂをそれぞれの組の最下段のワークＷの位置に６個備えている。昇降装置３８ａは、詳細図示及び説明を省略するが、本例ではボールネジ機構やリニアガイド等により遮蔽板３８をその各組のスリット３８ｂが各組の５〜６段のワークＷのそれぞれの位置に停止可能なように昇降可能にする。なお、昇降装置３８としては、エアーシリンダ装置、ラックとピニオン機構、ネジ機構、ワイヤー吊り機構等の公知の種々の直線移動装置を用いることができる。
【００２９】
小扉３９は、６個のスリット３８ｂをそれぞれ別個に開閉可能なように６枚設けられている。そして、図示の如く上端側を中心として９０°以上開閉可能にされている。そのための開閉装置３９ａは、詳細図示及び説明を省略するが、本例では、それぞれの小扉毎にエアーシリンダとラック−ピニオン機構を設けてエアーシリンダの往復動作をラックに伝えて、ピニオンによって回転動作に変換し、その回転によってそれぞれの小扉を独立に開閉可能にしている。なお、開閉装置３９ａとしては、回転軸を減速機付きモータで直接回転させるようにした機構や、小扉３９をスリット面から離間させると共にＺ方向にスライドさせるように一次元動作を組み合わせた移動機構等、適当な構造のもの用いることができる。
【００３０】
以上のような熱処理ユニットにおいて、図３に示す如く、コンベア装置１のローラ１２のＹ方向の間隔のうち少なくとも一部分として本例では移載装置２のハンド４に対応するＹ方向位置の間隔ｄは、昇降機構５がハンド４を下降させたときにハンド４がその中に入るように形成される。そのため、ローラ軸１３が設けられている側部ケース１８の一部分が本例ではｄより少し狭い間隔ｄ₁を持つように切り欠かれている。なお、本例の装置では、図１、６、７及び１１に示すようにパッド４１がハンド４からＹ方向に突出した位置に設けられているが、このような場合には、パッド４１はＸ方向にローラ１２と干渉しない位置になっている。
【００３１】
そして、昇降機構５と移動機構６とは、ハンド４を昇降させると共にＸ方向に移動させて熱処理室３１内のワークＷの支持部３２とハンド４との間でワークＷの移載を可能にするように形成されている。即ち、熱処理ユニットは図示しない制御装置を備えていて、昇降機構５と移動機構６とは、シーケンサーにより、必要なタイミングで交互にハンド４の昇降動作と移動動作とを行い、上記ワークＷの移載動作ができるようになっている。
【００３２】
図１１はハンド４におけるワークＷの支持部としての前記吸着パッド４１及びゴムパッド４２の構造例を示す。
吸着パッド４１は、ハンド４に取り付けられた支持体４１ａ、その球面支持部でワークＷの傾斜に対応して回転可能に支持されたパッド部４１ｂ、その上面で周囲のワーク支持面から少し凹んだ部分に真空吸着空間を形成するように設けられた吸気通路４１ｃ、等で構成されている。吸気通路４１ｃは図６に示した真空引き用のパイプ６８に接続される。
【００３３】
ゴムパッド４２も吸着パッド４１と同様の構造で支持体４２ａ及び皿ねじ状のパッド部４２ｂを有するが、真空吸着しないため吸気通路は設けられていなく、これに代えて、ワークＷが載せられたときにワークＷと接触しこれをを摩擦力で保持可能なゴム材料からなる接触部材として高摩擦係数を持つゴムリング４２ｃがパッド部４２ｂに接着等によって取り付けられている。このゴムリング４２ｃは、ＬＣＤガラス基板からなるワークＷとの間では約０．３〜０．７程度の静摩擦係数μを有する。符号４２ｄはパッド部４２ｂを支持体４２ａにねじ込むためのドライバー用の溝である。
【００３４】
以上のような熱処理ユニットは次のように運転されてその作用効果を発揮する。
熱処理室３１内には、これまで説明した状態でワーク受け３２ｂ、３２ｄ上にワークＷが３１段に支持され、全ての小扉３９が閉鎖されている。そして、送風機３４及び加熱器３７が運転され、空気が矢印で示す如く高性能フィルタ３６を経由して熱処理室３１を通過するように循環され、ワークＷが熱処理される。
【００３５】
この状態で、仮に３１段のワークＷのうち下から順番に所定の熱処理時間が経過するとすれば、順次熱処理済みの旧ワークと次に熱処理すべき新ワークとを入れ換えることになる。図９において最下段のワークＷ₁を入れ換えるときには、開閉装置３９ａのうちの３９ａ₁を作動させ、小扉３９のうちワークＷ₁に対応する組の小扉３９₁を開く。その結果、スリット３８ｂのうちそのワークＷ₁に対応するスリット３８ｂ₁が外部と開通する。なお、このときには、他の小扉が閉まっているため他のスリットが外部と直通していないので、熱処理室内の熱気漏れは十分防止される。従って、スリット３８ｂ₁からごく小量の熱気漏れがあっても、熱処理室内の温度分布が乱されるようなことはない。
【００３６】
図１２は移載装置２のハンド４の動作状態を示す。小扉３９₁が開くと、移載装置２の昇降機構５及び移動機構６が作動し、以下のような工程で、熱処理室３１から熱処理の完了したワークＷ₁が取り出されてコンベア装置１に移載され、新ワークＷｎがコンベア装置１から熱処理室３１に入れられて支持部３２上に移載される。このときのハンド４の動きとして、例えばその先端部Ｐの動きをＸ−Ｚ座標で図１２に示す。なお、図では移載工程を２つに分けて左右の図で示している。
【００３７】
▲１▼ 最初に、図９に示すように、昇降機構５によって予めワークＷ₁に対応するスリット３８ｂ₁の位置になっている移動機構６の移動板４２に取り付けられているハンド４が、二点鎖線の位置から実線の位置に移動するものとする。このときのハンド４の先端部Ｐは、図１２のように、Ｘ方向の基準位置Ｘ₁からワーク支持位置Ｘ₂まで移動し、熱処理室３１内で支持部３２に載せられているワークＷ₁の下に入る。これにより、ＰはＺ方向の第１初期位置Ｚ₁上でＰ₀（Ｘ₁、Ｚ₁）からＰ₁（Ｘ₂、Ｚ₁）位置に移動する。
【００３８】
▲２▼ 昇降機構５が作動してハンド４が少し上昇し、支持部３２からハンド４のパッド４１又は４２上にワークＷ₁を取り上げて載せる。パッド４１の場合には図示しない真空装置が作動してワークＷ₁を真空吸着する。パッド４２では、ゴムリング４２ｃが摩擦力によってワークＷ₁の平面方向の動きを止めてその上に保持する。Ｐ₁位置はＰ₂（Ｘ₂、Ｚ₂）位置になる。
【００３９】
▲３▼ 移動機構６が作動してワークＷ₁を支持しているハンド４が熱処理室３１の外の基準位置Ｘ₁に戻る。Ｐ₂位置はＰ₃（Ｘ₁、Ｚ₂）位置になる。
【００４０】
▲４▼ 昇降機構５が作動してハンド４が下降し、図３に示すようにコンベア装置１のローラ１２の間に入り込む。このときには、ローラ１２が停止していてその上にワークＷが載っていない。Ｘ方向の基準位置Ｘ₁になっているＰ₃位置はそのまま下降したＰ₄（Ｘ₁、Ｚ₃）位置になる。このとき、パッド４１では真空装置が真空を解除してワークＷ₁はＸ−Ｙ平面の所定位置でローラ１２上に移載される。その後コンベア装置１が作動し、熱処理済みのワークＷ₁を後工程の冷却装置３Ａに対応する位置まで搬送し、同時に次に熱処理する新ワークＷ₁ｎをローラ１２の上の所定位置まで搬送する。このとき、ハンド４がローラ１２の間に入り込んでいるので、ローラ１２で搬送されて来る新ワークＷ₁ｎは、ハンド４より上の位置になっている。
【００４１】
▲５▼ 昇降機構５が作動し、ハンド４が新ワークＷ₁ｎを取り上げ、吸着支持又は摩擦支持してＰ₅＝Ｐ₃（Ｘ₁、Ｚ₂）の位置まで上昇する。
【００４２】
▲６▼ 移動機構６が作動し、ワークＷ₁ｎを載せたハンド４をＰ₆＝Ｐ₂（Ｘ₂，Ｚ₂）位置まで挿入し、ワークＷ₁ｎを支持部３２の上の位置にする。
【００４３】
▲７▼ 真空パッド４１の場合には真空が解除された後昇降機構５が作動し、ハンド４をＰ₇＝Ｐ₁（Ｘ₂，Ｚ₁）位置にすると共にその過程でワークＷ₁ｎをワークＷ₁が載っていた支持部３２上に移載する。
【００４４】
▲８▼ 移動機構６が作動し、ワークＷ₁ｎを移載した後のハンド４だけがＰ₈＝Ｐ₀（Ｘ₁、Ｚ₁）の基準位置であり第１の初期位置に復帰する。その後小扉３９₁が閉まる。
【００４５】
▲９▼ 次に熱処理が完了するワークＷ₂の交換のために、遮蔽板３８の昇降装置３８ａが作動し、ワークＷ₂の位置とスリット３８ｂ₁の位置とが一致するように遮蔽板３８をワーク積載間隔の１ピッチ分上昇させる。又、昇降機構５が作動してハンド４を１ピッチ分上昇させ、Ｐ₉位置としてＰ₀に対応する第２の初期位置ＮＯ．２Ｐ₀＝Ｐ₅＝Ｐ₃位置にする。
【００４６】
以上の動作によって熱処理の完了した１枚のワークＷ₁が取り出され、次に熱処理しようとする新ワークＷ₁ｎが熱処理室に搬入される。そして、説明を省略するが、冷却装置３Ａでも同様の工程が行われる。ワークＷ₁は冷却装置３Ａで新ワークとして冷却処理される。冷却装置３Ａで冷却されたワークＷ₁は、熱処理を完了して基板製造ラインの後工程に送られる。
【００４７】
又、ワークＷ₁の熱処理時間が経過した後熱処理間隔である１タクト時間ｔが経過すると、ワークＷ₂の熱処理が完了し、ワークＷ₁のときと同様な工程によるワークの移載動作によってワークＷ₂とワークＷ₂ｎとの交換が行われる。最下組のワークＷ₁〜Ｗ₆の熱処理が完了すると、その上の組のワークＷ₇〜Ｗ₁₁が順次新ワークと交換される。このときには、第２組のスリット３８ｂ₂及び小扉３９₂が使用される。従って、遮蔽板３８は５〜６ピッチ分だけ昇降すればよく、クリーンオーブン３の高さが低く抑えられている。
【００４８】
以上のような工程によれば、ハンド４の動作がＸ方向及びＺ方向だけの二次元動作であると共に、動作距離の長い基本的動作がＸ方向及びＺ方向の往復動作からなる合計４動作であるため、ワークＷの移載のための動作が単純であると共に動作時間が短い。従って、１タクト時間中に許容されるワーク移載時間に余裕が生じ、ハンド４の動作時間を長くして、動作時の加速度を小さくしてワークＷの慣性力を小さくし、ハンド４によるワークＷの保持力を十分小さくすることができる。
【００４９】
又、昇降機構５と移動機構６とが常に別々に作動するので、これらの動作制御に低コストのシーケンサーを使用することができる。なお、このときの制御は、Ｘ方向の位置検出用のセンサ部６７を含み適当に設けられるセンサ類やタイマ等によって行われる。
【００５０】
図１３は図１２に対応する図で、従来のロボットによるワークＷの移載時のロボットハンドの先端部Ｐの動きを示す。ロボットハンドは、本例のハンド４と同様のものであるが、仮にハンド７とする。
【００５１】
▲１▼〜▲３▼の工程におけるＰ₀からＰ₃までの動作及び▲６▼〜▲９▼の工程におけるＰ₅からＰ₉までの動作は図１２と同じであるが、▲４▼及び▲５▼に相当するハンド７とローラ１２との間のワークＷ₁とＷ₁ｎとの移載工程における動作が相違する。
【００５２】
即ち、本例の装置では、図１２のようにハンド４が単にワークを載せてＺ方向に昇降するだけの▲４▼、▲５▼の動作になるのに対して、ロボットでは、図１３のようにハンド７が、
▲４▼’：ワークＷ₁を載せて下降しこれと同時に同期して１８０°回転、
▲４▼´₁：ローラ１２にワークＷ₁を移載できるようにその上の位置まで前進、
▲４▼’₂：ワーク移載用の支持ピン８がローラ１２の下からローラ間を通過してハンド７と干渉しないようにワークＷ₁を支持した後後退、
▲４▼’₃：支持ピン８とローラ１２との間でワークＷ₁と新ワークＷ₁ｎとが交換され支持ピン８が新ワークＷ₁ｎを支持して上昇した後ハンド７がその下の位置まで前進、
▲４▼’₄：支持ピン８が下降し新ワークＷ₁ｎをハンド７に移載した後ハンド７が後退、
▲５▼’：ハンド７が新ワークＷ₁ｎを載せて上昇すると共にこれと同期して１８０°回転してＰ₅＝Ｐ₃位置に昇降・移動、
からなる動作をすることになる。
【００５３】
従って、ロボットでは、移載装置２に較べて、ハンド７に回転動作が加わると共に、コンベア装置との間でワークを移載のために進退する４移動動作が追加されることになる。その結果、ロボットでは、ワーク交換のための全工程数が多くなって工程時間が長くなり、ワーク交換のための時間的余裕がなくなっている。一方、ワークＷが大型化すると、特に回転動作ではワークＷの慣性力及び遠心力が大きくなるため、これに対抗する保持力が大きくなり、一方回転速度を遅くすることはできず、ワークを安全に取り扱える限界に達している。
【００５４】
ロボットハンド７の動作時間ｔとしては、図１３において、通常、▲２▼及び▲７▼を含み▲１▼、▲３▼、▲６▼、▲８▼の各工程が３秒、▲４▼’及び▲５▼’がそれぞれ３秒、▲４▼’₁〜▲４▼’₄がそれぞれ３秒程度になる。従って、全動作時間は約３０秒になる。これに対して本発明を適用したハンド４では、図１２において、ロボットハンド７と同じ工程の所を同じ時間で処理するとすれば、合計約１８秒になり、ロボットハンドの場合の半分近くの時間になる。従って、ハンド４では、その動作時間を３秒より長い例えば４〜５秒にしてそれに対応して動作速度を下げることが可能になる。
【００５５】
上記のような動作時間の場合に、ハンド４又は７のパッドにワークＷを載せてこれを動かしたときに、ワークＷに生ずる慣性力及び回転時の慣性力と遠心力、従ってこれらに対抗してワークＷをパッド上に保持して動かせる保持力を、諸条件を単純化して仮定して計算すれば以下のようになる。
〔諸条件〕
ワークＷの寸法：２ｍ四角
移動距離（Ｘ₁〜Ｘ₂間）：２．４ｍ、
回転角度：１８０°＝π（rad)
移動及び回転動作：等加速度及び等角加速度
ワークの回転中心：ワークの一辺の中心
回転に対するワークの保持位置：回転中心から１ｍの位置
〔移動時の慣性力−Ｆ₁と保持力Ｆ₁〕
Ｆ₁＝Ｍαの直線運動の方程式におけるαを計算し、それによってＦ₁を計算する。
【００５６】
ワークは移動距離２．４ｍを始動から停止まで３秒間で移動するので、平均速度Ｖ₁＝０．８ｍ／ｓになる。この間の加速及び減速を共に等加速度運動と仮定するので、移動工程の中間点での最大移動速度は２Ｖ₁になり、従って始動から１．５秒後に２Ｖ₁＝１．６ｍ／ｓになる。従って、速度直線の勾配であるαとそれによるＦ₁は、
α＝１．６／１．５≒１．０７ｍ／ｓ²≒０．１１ｇ
Ｆ₁≒０．１０７Ｍ（単位ニュートン）
ＭはワークＷの質量で単位はkgである。従って、ワークＷの重量の約１０％の保持力が必要になる。但し、実際には等加速度運動ではないので、保持力Ｆ₁はこれよりある程度大きい値になる。
〔回転時の慣性モーメントＴによる保持力Ｆ_{2 1}及び遠心力Ｆ_{2 2}の合力Ｆ₂によって必要になる合成保持力Ｆ₂〕
Ｉｄω／ｄｔ＝−Ｔの回転運動の方程式及びＦ＝Ｍｒω²の遠心力の式からＴ及びＦを計算しそれによってＦ₂を計算する。
【００５７】
ワークは回転角度πを始動から停止まで３秒間で回転するので、平均角速度ω₁＝π／３（ｒａｄ／ｓ）になる。等角加速度回転であるから回転工程の中間点での最大角速度は１．５秒後に２π／３になる。従って、直線角速度の勾配である角加速度ｄω／ｄｔは、
ｄω／ｄｔ＝２π／４．５（単位：１／ｓ²）
又、ワークＷの慣性能率Ｉは、
Ｉ＝Ｍ（４／３＋４／１２）＝Ｍ・５／３（kgｍ²）
従って、
−Ｔ＝１０πＭ／１３．５≒２．３３Ｍ（kgｍ・ｍ／ｓ²）
Ｆ_{2 1}≒２．３３Ｍ／１＝２．３３Ｍ（ニュートン）
Ｆ_{2 2}＝Ｍ・１・（２π／３）²≒４．３８Ｍ（ニュートン）
Ｆ₂＝４．９６Ｍ（ニュートン）
従って、ワークＷの重量の約５０％の保持力が必要になる。但し、実際には、等角加速度運動でないためや回転中心がワークＷの一辺の中心でないため等により、最大速度、角加速度、Ｉ等が大きくなるため、Ｆ₂は上記値よりかなり大きくなる。その結果、回転時に必要なワーク保持力は移動のときの少なくとも５倍以上になる。
【００５８】
以上から、本発明を適用した熱処理ユニットの移載装置２によれば、回転動作がないため必要なワーク保持力が少なくとも１／５以下になる。又、工程数が少ないためワークＷの移動及び昇降速度に従来より大きな余裕ができるため、移動速度を下げて、その二乗に比例して慣性力従ってワーク保持力を更に小さくすることができる。
【００５９】
その結果、ワークＷの大きさや許容されるワーク移動時間等によるが、ワークＷを保持するためのパッドとして、吸着パッド４１に代えて真空吸着機構を持たない図１１（ｂ）で説明した構造のゴムパッド４２を使用することができる。即ち、仮にハンド及びワークの移動時間を仮に３秒にしたとしても、そのときの加速度は０．１ｇ程度であるため、仮にμが０．５程度の高摩擦力ゴムのパッドであっても、それによるワーク保持力は０．５Ｍになるので、５倍程度の安全率がある。これより摩擦係数が大きかったり移動速度を下げるようにすれば、この安全率が更に十分大きくなる。
【００６０】
吸着パッド４１に代えてゴムパッド４２を使用すれば、真空装置が不要になって装置コストが低減すること、特にハンド４のまわりの煩雑な真空配管が不要になり、それだけ故障等の原因がなくなること、ＬＣＤガラス基板等のワークＷを熱処理するときには昇華性ガスが発生するが、パッドで真空吸着するときには真空配管内に熱処理室の昇華性ガスが吸引され、吸着面や配管内に固着し、吸着不良を発生させたり配管のメンテナンス作業が増えることになるが、そのような問題が全て解決されること、吸着力を強くしたときにワークＷにサーマルイメージが残るが、この問題も解消すること、等の種々の極めて大きな作用効果を得ることができる。
【００６１】
以上のような熱処理ユニットによれば、コンベア装置１の搬送ライン中ではなくこれに平行な横方向にクリーンオーブン３を配置しているので、ハンド４によるクリーンオーブン３からコンベア装置１へのワークＷの移載とコンベア装置１からクリーンオーブン３へのワークＷの移載とが、Ｌ型の同じハンド経路を経由する往復動作として行われることになるので、１台の移載装置でコンベア装置とクリーンオーブンとの間のワーク交換をすることができる。
【００６２】
その結果、搬送経路中にクリーンオーブンを設けるためその両側に２台の移載装置が必要になる従来の装置に較べて、熱処理ユニットの大幅なコスト低減が図られると共に、ワーク生産用のコンベアラインを短縮することができる。又、移載装置２に回転機構が不要になるため設けられていないので、移載装置２を簡単な構造のものにすることができる。その結果、熱処理ユニットのコストが低減すると共に故障等が少なくなって信頼性が向上する。
【００６３】
なお、本例の熱処理ユニットの変形として、図１４に示すようなコンベア装置１´と２台の移載装置２´Ａ及び２´Ｂとクリーンオーブン３´とを用いた熱処理ユニットを構成することも可能である。このユニットでは、ワークＷは矢印の方向に流れ、移載装置２´Ａはクリーンオーブンへのワーク搭載用で移載装置２´Ｂはクリーンオーブンからのワーク取り出し用になる。ハンド４’は、ワークＷの搬送方向であるＹ方向に向いていてローラ１２´の間に入り込むことができる。特殊なワーク生産ラインでは、このような熱処理ユニットが設けられることもある。
【００６４】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、請求項１の発明においては、熱処理ユニットのコンベア装置が、熱処理されるべき平板状のワークを載せてその搬送と搬送の方向の所定位置への停止とを可能にする複数のローラ列を有するので、ワークを搬送方向の所定位置に一度停止させ、ワーク交換をした後に搬送させることが可能になる。又、このローラ列が、搬送の方向に直角な横方向に中間ローラを含む複数のローラを備えているので、大型のワークを多点で安定支持して搬送させることができる。そして、ローラ列ではこのようなローラが搬送の方向に間隔を空けて配設されているので、この間隔を利用することができる。
【００６５】
熱処理ユニットの移載装置は、ワークを載せて保持可能な保持部を備えていて搬送方向に直角な横方向に細長い複数のハンドを有するので、保持部を横方向と搬送方向とに分布させてワークを安定して多点支持することができる。そしてこのハンドが、昇降されるときにはコンベア装置が停止する所定位置の上下方向の位置にあると共に搬送の方向においてコンベア装置の外側で結合されているので、結合部分がコンベア装置と干渉することなく昇降し、昇降するだけでコンベア装置との間のワーク交換が可能になる。
【００６６】
又、移載装置はハンドを昇降可能にする昇降機構とハンドを横方向に移動可能にする移動機構とを有するので、ハンドを昇降及び移動させてその保持部に保持されたワークを移動及び昇降させ、熱処理装置とコンベア装置との間でワークを移載することが可能になる。
【００６７】
熱処理装置は、コンベアの搬送方向に直角な横方向にコンベア装置と対向するように配設されているので、複数に分割されたハンドをコンベア装置と干渉しない位置で結合してコンベア装置と移載装置との干渉を回避すると共に、熱処理装置をコンベア装置の搬送方向から横方向に外れた位置にしてコンベア装置との干渉を回避することにより、コンベア装置を通過する前後のワーク搬送ラインをワークの搬送方向にそのまま敷設し、これを最短化することができる。
【００６８】
又、熱処理装置は熱処理室とその中に設けられワークを多段に支持可能な支持部とこれに支持されるワークを熱処理室に通過可能にする開口とを有するので、熱処理室の支持部でワークを多段に支持すると共に、ワークを開口から出し入れし、多段に支持された平板状のワークを一枚ずつ熱処理して行くことが可能になる。
【００６９】
そしてこの開口は、その搬送方向の位置が、コンベア装置上でワークが停止される搬送方向の所定位置と同じ位置になるように設けられているので、開口とワークとの搬送方向の位置が一致するため、ワークを搬送方向に動かすことなく、移載装置によって熱処理装置とコンベア装置との間におけるワークの移載が可能になる。即ち、ワーク移載のためには、移載装置のハンドが上下方向と横方向との単純な二次元動作をすればよいことになる。
【００７０】
又、コンベア装置のローラの間隔のうちの少なくとも一部分が、昇降機構がハンドを下降させたときにハンドが入るように形成されているので、ハンドをローラ上に支持されるワークの高さ位置より下まで下げることができる。その結果、ハンドにワークが載っていてローラにワークが載っていないときには、ハンドの下降時にハンドからローラ上にワークを移載し、ハンドにワークが載っていなくローラにワークが載っているときには、ハンドの上昇時にローラからハンドにワークを移載することができる。
【００７１】
そして、昇降機構と移動機構とは、ハンドを昇降させると共に横方向に移動させて熱処理装置のワークの支持部とハンドとの間でワークの移載を可能にするように形成されているので、例えば、ハンドが、コンベア装置におけるワークの所定位置の上であって上昇し熱処理装置の支持部に支持されているワークの下に対応する第１位置になっているときに、移動機構によって支持部上のワークの下の第２位置まで移動し、昇降機構によって少し上昇して支持部からワークを取り上げ、移動機構によって第１位置に復帰し、昇降機構によってコンベア装置のローラ間に入るように下降してローラ上にワークを移載し、ローラがこのワークを搬送して別の新ワークを所定位置に停止させると、昇降機構によって新ワークを取り上げて第１位置の上であって熱処理装置でのワーク支持位置の上に対応する位置まで上昇し、移載機構によって第２位置の上まで移動し、昇降機構によって第２位置まで下降して支持部に新ワークを移載し、第１位置に復帰することにより、熱処理装置とコンベア装置との間でワークを移載することができる。
【００７２】
以上のような熱処理ユニットによれば、ハンドの動作が昇降と横方向への移動との単純な二次元動作であると共に、大きな動きとしては昇降方向と横方向とにＬ字状に２往復すればよいので、ワークの移載のための動作が簡素であると共に動作時間が短くなる。従って、多段に支持された多数枚のワークが１枚毎に熱処理される時間間隔に対してワークの移載時間に余裕ができる。その結果、ハンドの動作時間を長くして、動作時の加速度を小さくしてワークの慣性力を小さくし、ハンドによるワークの保持力を小さくすることが可能になる。又、昇降機構と移動機構とを常に別々に作動させることができるので、これらの動作制御に低コストのシーケンサーを使用することができる。
【００７３】
又、熱処理装置がコンベア装置とコンベアの搬送方向と直角な横方向に対向するように配置されているので、昇降機構と移動機構を有する移載装置が１台あれば熱処理装置とコンベア装置との間でワークを移載することができる。その結果、従来の装置のように２台の移載装置を設ける必要がなくなり、熱処理ユニットの大幅なコスト低減が図られる。
【００７４】
更に、移載装置に回転機構を設ける必要がないので、これを簡単な構造のものにして、コストを低減させると共に故障等を少なくして装置の信頼性を向上させることができる。又、ワークを回転させるときには、ワークに回転慣性に基づく力と遠心力とが加わるため、ハンドのワーク保持部に必要になるワーク保持力が大きくなるが、ワークを回転させることなく移載できると共に、前記の如く移動速度を下げることが可能になるため、ロボットハンドで通常使用されているワーク支持部としてのパッドに設けられている真空吸着構造を取り止めることが可能になる。又、特に大型のガラス基板のようなワークを支持する場合でも、ワークを確実に保持して移動時の安全性を向上させることができる。
【００７５】
請求項２の発明においては、上記に加えて、支持部が、ワークが載せられたときにワークと接触しワークを摩擦力で保持可能なゴム材料からなる接触部材を有するので、真空吸着構造は設けられない。その結果、装置コストが低減すること、特にハンド回りの煩雑な真空配管が不要になってそれだけ故障等の原因がなくなること、ＬＣＤガラス基板等のワークを熱処理するときには昇華性ガスが発生し、パッドで真空吸着するときには真空配管内に熱処理室の昇華性ガスが吸引され、これが固形化して吸着面や配管内に付着し、ワークの吸着不良を発生させたり配管のメンテナンス作業が増えることになるが、そのような問題が全て解決されること、吸着力を強くしたときにはワークにサーマルイメージが残るがこの問題も解消すること、等の種々の極めて大きな作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した熱処理ユニットの概略構造の一例を示す説明図で、（ａ）は平面状態を示し（ｂ）は側面状態を示す。
【図２】上記ユニットと搬送ラインの平面状態を示す説明図である。
【図３】上記ユニットのコンベア装置の構造例を示し、（ａ）は斜視図で（ｂ）は側面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は上記コンベア装置におけるワークの横方向位置決め部の構造例を示す正面図で、（ｃ）はローラ支持構造の他の例を示す斜視図である。
【図５】上記ユニットの移載装置の概略構造の一例を示す斜視図で、（ａ）は全体構造、（ｂ）は駆動軸部分の構造、（ｃ）は駆動モータ部の構造を示す。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は上記移載装置の移動機構部分の斜視図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は移動機構のハンド部分の平面図及び側面図である。
【図８】本発明を適用した熱処理ユニットの熱処理装置の一例であるクリーンオーブンの横断面状態を示す説明図である。
【図９】上記クリーンオーブンの側面状態を示す説明図である。
【図１０】上記クリーンオーブンの正面及び正面断面状態を示す説明図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）はハンドのパッドの構造例を示す断面図である。
【図１２】本発明を適用したときのハンドの動作状態を示す説明図である。
【図１３】従来のロボットによるハンドの動作状態を示す説明図である。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）は他の搬送系の平面図及びコンベア装置のローラ部分の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１コンベア装置
２移載装置
３クリーンオーブン（熱処理装置）
４ハンド
５昇降機構
６移動機構
１１ローラ列
１２ローラ
３１熱処理室
３２支持部
３３開口
４１、４２パッド（保持部）
４２ｃゴムリング（接触部材）
ｄ間隔
Ｓ₁〜Ｓ₂ 所定位置
Ｗワーク
Ｘ横方向
Ｙ搬送方向
Ｚ上下方向

Claims

コンベア装置と熱処理装置と移載装置とを有する熱処理ユニットであって、
前記コンベア装置は、熱処理されるべき平板状のワークを載せて該ワークの搬送と該搬送の方向の所定位置への停止とを可能にする複数のローラ列であって、前記搬送の方向に直角な横方向に中間ローラを含む複数のローラを備えていて該ローラが前記搬送の方向に間隔を空けて配設されている複数のローラ列を有し、
前記熱処理装置は、前記横方向に前記コンベア装置の前記所定位置に対向するように配設されていて、熱処理室と、該熱処理室の中に設けられ前記ワークを多段に支持可能な支持部と、該支持部に支持される前記ワークを前記熱処理室に通過可能にする開口であって該開口の前記搬送方向の位置が前記所定位置と同じ位置になるように設けられた開口とを有し、
前記移載装置は、前記ワークを載せて保持可能な保持部を備えていて前記横方向に細長い複数のハンドであって昇降されるときに前記所定位置の上下方向の位置にあり前記コンベア装置の外側であって前記コンベア装置に対して前記熱処理装置の反対側の外側の位置で結合部によって前記搬送の方向に結合されているハンドと、前記結合部が結合されていて該結合部の前記横方向への移動を案内するリニアガイドを備えていて前記結合部を介して前記ハンドを前記横方向に移動可能にする移動機構と、前記リニアガイドが設けられた前記移動機構用のケースを備えていて該移動機構用のケースと前記リニアガイドと前記結合部とを介して前記ハンドの前記昇降を可能にする昇降機構とを有し、
前記間隔のうちの少なくとも一部分は、前記昇降機構が前記ハンドを下降させたときに前記ハンドが入るように形成されていて、
前記昇降機構と前記移動機構とは、前記ハンドを昇降させると共に前記横方向に移動させて前記支持部と前記ハンドとの間で前記ワークの移載を可能にするように形成されている、
ことを特徴とする熱処理ユニット。
前記保持部は前記ワークが載せられたときに該ワークと接触し該ワークを摩擦力で保持可能なゴム材料からなる接触部材を有することを特徴とする請求項１に記載の熱処理ユニット。