JP4395678B2 - 移動体システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体を軌道に沿って移動させる移動体システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体工場などでは、作業ロボットなどの機器を搭載した移動体をレール軌道に沿って移動させるシステムが用いられている。このような移動体システムとしては、リニアモータ方式やボールスクリュー方式などが用いられてい
る。
【0003】
ここで、図1に従来のリニアモータ方式を用いた移動体システムの構成を示す。同図に示すように、このシステムでは、移動体3は、図の紙面垂直方向に敷設された断面コ字状の軌道1に沿って直線ガイド部2により移動可能に案内支持されている。移動体3は、コア4と、コア4に券回されるコイル5と、コア4を支持する支持部材9とを備える磁界発生機構8を備えている。この磁界発生機構8では、コイル5に電流を供給することにより、軌道1におけるコア4と対向する位置に配置された二次側コア6との間に磁界を発生し、これにより推力を発生して移動体3を移動させる。
【0004】
このような移動体3には、上述した推力を発生する磁界発生機構8に加え、半導体部品を吸着するする部品吸着ヘッドなどが搭載される搭載部7が設けられている。ここで、搭載部7と上記磁界発生機構8の支持部材9とがボルト10により固定されている。従って、搭載部7に実装ヘッド等を搭載すれば、この部品吸着ヘッドを軌道1中の任意の位置に移動させることができるようになっている。
【0005】
ところで、移動体システムにおいては、上述した移動体3に搭載したロボットなどをある直線上だけでなく、所定範囲内で平面的(X方向、Y方向)に任意に移動させるために、図2に示すようなシステムが用いられることがある。同図に示すように、このシステムでは、X軸方向に敷設される軌道1および移動体3などを含む上記のリニアモータシステム16(図1参照)自体をボールスクリュー方式でY軸方向に移動できるようにしている。具体的には、リニアモータシステム16をボールスクリュー15によって駆動される架台に固定し、ボールスクリュー15をモータ17で駆動することにより、リニアモータシステム16全体をY軸方向に移動させることができるようになっている。このシステムによれば、ボールスクリュー15およびリニアモータの両者の駆動を制御することにより、移動体3をXY平面の任意の位置に移動させることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、半導体工場等において用いられる移動体システムでは、移動体3が部品吸着ヘッドなどの作業用機器を搭載しており、X軸方向への移動体3の移動により、軌道1には図中時計回り方向にモーメントが作用する、つまり捻れが生じることになる。
【0007】
上述したような断面コ字状の部材に捻れが生じた場合、そのせん断中心Sは図示の位置となり、上記構成の移動体システムの場合、せん断中心Sは軌道1における移動体3とは反対方向に位置することになる。このような力が作用する移動体システムにおいて、移動体3が重量物である部品吸着ヘッド等を図1に示す位置に搭載すると、上述した軌道1の捻れが大きくなり、部品吸着ヘッドの高さが所望の高さよりも大きくずれてしまうことがある。図2に示すレール軌道1の中央付近に移動体3が位置する場合には、この捻れが最も大きくなり、ヘッドの位置が大きくずれて作業に支障を来すことがある。予めヘッドの搭載位置を捻れを考慮した位置に設けることも考えられるが、このような捻れによる位置ずれは、移動体3が軌道1の中央付近にある場合と軌道1の両端側にある場合ではその大きさが異なっている。従って、位置ずれの問題を解消することはできない。
【0008】
このような位置決め精度の悪化の要因となる捻れを抑制するために、軌道1の剛性を向上させることが考えられるが、この場合、軌道1が大型になるとともに、その重量も大きくなってしまう。
【0009】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、大型化および重量の増加を招くことなく、レール軌道などや移動体の重量に起因する位置決め精度の悪化を抑制することが可能な移動体システムを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に記載の移動体システムは、断面形状がコ字状の軌道構造体と、前記軌道構造体に沿って移動可能に設けられる移動体とを備え、前記軌道構造体内部に前記移動体を移動させる駆動手段を有する移動体システムであって、前記軌道構造体の前記コ字状を構成する三辺のうち互いに向かい合う二辺の外側の面をそれぞれ通る中立軸上に、前記移動体を移動可能に案内支持する直線ガイド部を設けたことを特徴としている。
【0011】
また、請求項2に記載の移動体システムは、請求項1に記載の移動体システムにおいて、前記駆動手段は、リニアモータであることを特徴としている。
【0012】
また、請求項3に記載の移動体システムは、請求項1に記載の移動体システムにおいて、前記駆動手段は、ボールスクリューを用いて前記移動体を駆動することを特徴としている。
【0013】
また、請求項4に記載の移動体システムは、請求項1に記載の移動体システムにおいて、前記駆動手段は、ベルト駆動により前記移動体を駆動することを特徴としている。
【0014】
また、請求項5に記載の移動体システムは、直線ガイド部を有する断面形状がコ字状の軌道構造体と、前記軌道構造体に沿って移動可能に設けられる移動体とを備え、前記軌道構造体内部に前記移動体を移動させる駆動手段を有する移動体システムであって、前記移動体は、断面形状がコ字状の前記軌道構造体における開放した側方の反対側を除く三方を覆うようにして設けられるとともに、当該開放した側方の反対側で負荷物体を保持する保持手段を有し、断面形状がコ字状の前記軌道構造体において、前記移動体が覆う三方のうち前記開放した側方を除く二方を通る中立軸上に、前記直線ガイド部を設けたことを特徴としている。
【0015】
また、請求項6に記載の移動体システムは、請求項5に記載の移動体システムにおいて、前記軌道構造体と前記移動体と前記駆動手段とによって第1移動体機構が構成されており、前記第1移動体機構を、前記直線ガイド部が伸びる方向と直交する方向に移動させる第2移動体機構を具備することを特徴としている。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
A.移動体システムの全体構成
まず、図3は本発明の一実施形態に係る移動体システムの主要部の概略構成を示す斜視図である。同図に示すように、この移動体システムは、X軸方向に伸びる直線状に敷設された軌道レール30と、軌道レール30に沿って移動可能に設けられる移動体31とを有する第1移動体機構32と、第1移動体機構32をX軸と直交するY軸方向に移動させる第2移動体機構33とを備えている。
【0017】
第2移動体機構33は、軌道レール30の両端側にそれぞれ設けられるボールスクリュー40と、ボールスクリュー40を駆動するモータ41とを備えている。各ボールスクリュー40には、ボールスクリュー40の回転によりY軸方向に移動させられる移動架台42が設けられており、各移動架台42に軌道レール30の両端部がそれぞれ固定されている。これにより、軌道レール30は移動架台42の移動に伴ってY軸方向に移動させられるようになっている。
【0018】
この構成の下、モータ41は、図示せぬ制御回路等から入力されるY座標を示す位置情報に基づいて、ボールスクリュー40を回転駆動し、位置情報に示される位置(Y座標)に移動架台42に固定された軌道レール30を移動させる。このとき、図示せぬ制御回路からは第1移動体機構32にX座標を示す位置情報が入力される。この情報を取得した第1移動体機構32では、位置情報に示される位置(X座標)に位置するように移動体31を移動させる。この移動体システムでは、このようにして移動体31をXY平面内の任意の位置に移動させることができるようになっている。
【0019】
B.第1移動体機構
上述した移動体システムにおける第2移動体機構33は、従来の一般的なボールスクリュー方式を用いて移動架台42を駆動する機構であるが、本発明は駆動方式としてリニアモータを用いた第1移動体機構32に特徴を有しており、以下、第1移動体機構32について図4および図5を参照しながら説明する。
【0020】
図4に示すように、第1移動体機構32は、上述したようにX軸方向に沿った直線状に敷設される軌道レール30を有しており、この軌道レール30に沿って移動体31が移動可能になされている。図5に示すように、軌道レール30は側方(図の左側)が開放した断面コ字状の部材であり、開放側と反対側(図の右側)の垂直方向に延在する端板基部30aの上下には、それぞれ直線ガイド部53が設けられている。この直線ガイド部53に移動体31が摺動可能に支持されており、移動体31は軌道レール30に沿って移動することができるようになっている。
【0021】
また、軌道レール30は、後述する移動体31の磁界発生機構と協働して移動体31に推力を付与するための磁界を発生する二次側コア52を有している。ここで、二次側コア52は、上述した端板基部30aと端板30bの間に挟まれた状態で支持されている。つまり、二次側コア52は、断面コ字状の軌道レール30の一部を構成している。
【0022】
移動体31は、大別すると、本体部131と、磁界発生機構54とから構成されている。
本体部131は、移動体31側の側方(図の右側)が開放した断面がほぼコ字状の部材であり、移動体31の開放側を覆うように上下方向に延在する基部131aと、基部131aの上下端からそれぞれ移動体31側に伸びる取付部131bとから構成されている。ここで、取付部131bは軌道レール30の端板基部30aよりも図の右側に延出しており、本体部131は軌道レール30の図の右側を除く三方を完全に覆うようになっている。
【0023】
磁界発生機構54は、上述した二次側コア52と対向する位置に設けられる一次コア57と、各一次コア57に券回されるコイル58と、コイル58が券回された一次コア57を支持する支持部材59とを備えている。支持部材59は、基部131aの中央から移動体31側に延出するように取り付けられており、これにより支持部材59は2つの二次側コア52の間に配置されるようになっている。従って、コイル58が券回された一次コア57と二次側コア52が対向する位置に配置されるようになっている。
【0024】
次に、図6を参照しながら、磁界発生機構54と軌道レール30の一部を構成する二次側コア52とによる移動体31の具体的な駆動構成例について説明する。本実施形態では、二次側コア52と、一次側コア57およびコイル58とは、支持部材59を挟んで2組設けられているが、両者は同一の原理で動作するため、一方のみを図示してその動作原理について説明する。
【0025】
図6に示すように、軌道レール30の一部を構成する二次側コア52の一次側コア57と対向する面には、歯部52aが長手方向に沿って等間隔に形成されている。移動体31の一次側コア57は、コ字状のA相鉄心70およびB相鉄心71と、A相鉄心70のA相磁極70aおよび相磁極70bに券回されるコイル58a,58bと、B相鉄心71のB相磁極71aおよび相磁極71bに券回されるコイル58c,58dと、A相鉄心70およびB相鉄心71の二次側コア52と反対側の面に設けられた永久磁石72,73と、永久磁石72,73に取り付けられた板状の磁性体によって構成されるバックプレート74とから構成されている。A相磁極70aの二次側コア52と対向する面には、歯部52aのピッチPと同一ピッチで3個の極歯75aが形成されており、その他の磁極70b,71a,71bにも同様に3個の極歯76b,77a,77bが形成されている。また、各磁極70b,71a,71bはA相磁極70aに対して順次P/4ずつずらして配置され、これにより各磁極70b,71a,71bは互いに位相が90°ずつ異なった位置関係となっている。このような構成の下、コイル58a,58b,58c,58dに一相励磁方式等によりパルス信号を供給することにより、コイル58a,58b,58c,58dに順次発生する磁束と、永久磁石72,73が発生する磁束とが各磁極70a,70b,71a,71bにおいて順次加減され、二次側コア52に対する移動体31の磁気的安定位置が順次移動し、これにより移動体31が二次側コア52に沿った方向に移動させられる。
これは、一般的なリニアパルスモータの構成であるが、この他にも、例えば特開平3−124259号公報に記載されたリニアパルスモータ方式などを用いるようにしてもよい。
【0026】
図5に戻り、部品吸着ヘッド(負荷物体)132は、上述した本体部131の取付部131bの先端部131cに取り付けられており、図では詳細な構造を記載せず、一点鎖線で概略外形を示すものとする。このような構造のリニアモータが半導体工場の作業ロボットを移動させる場合には、起動レール30にはその自重等により図5中反時計回りのモーメントが作用する、つまり捻れが生じる。断面コ字状の部材に生じる捻れのせん断中心Sは、図示のように端板基部30aの図の右側に位置することになる。本実施形態では、このせん断中心S上で移動体31が部品吸着ヘッド132を搭載するようになっている。言い換えれば、軌道レール30のせん断中心Sと、部品吸着ヘッド132を搭載位置を一致させるために、上述したような形状、かつ上述したように位置で部品吸着ヘッド132を保持する本体部131を設計しているのである。つまり、本実施形態のように断面コ字状の軌道レール30を用いる場合には、そのせん断中心Sが端板基部30aの背面側(図5の右側)に位置することを考慮し、部品吸着ヘッド132を端板基部30aの背面側で保持する構成としているのである。
【0027】
半導体製造設備等において、半導体部品の搬送や実装を行う装置を移動させるシステムでは、高い位置精度が要求されることになる。移動体の駆動制御を緻密に行った場合にも、上記のような軌道レールなどのねじれといった機械的な原因による位置変動が生じることがある。半導体製造設備では、駆動制御だけでなく、機械的な位置変動が生じた場合にも、製品の歩留りが低下してしまうことがあり得る。本実施形態に係る移動体システムは、このような部材の自重等によるねじれに起因する位置変動を抑制することができ、高い位置精度が要求される半導体製造設備に用いられる移動体システムとして好適なシステムを提供しているのである。
【0028】
ところで、図1に示すような移動体システムにおいても、軌道1の剛性を向上させて、上記のようなねじれによる機械的な位置ずれを抑制することも考えられる。しかしながら、この場合、軌道1の大幅な重量増加を招くことになる。これに対し、本実施形態に係る移動体システムでは、移動体31が上述したような形状、かつ部品吸着ヘッド132を端板基部30aの背面側で保持する構成としてせん断中心Sと重心位置をほぼ一致させることにより、上記のようなねじれを抑制している。従って、大幅な重量増加を招くことなく、位置ずれを抑制することができる。
【0029】
また、本実施形態のように第1移動体機構32を第2移動体機構33が移動させるシステムでは、第1移動体機構32の重量増加は、第2移動体機構33に必要とされる駆動力が増加してしまうことになる。本実施形態の第1移動体機構32のように重量増加を抑制することが可能であると、従来のように部材の剛性向上によりねじれを抑制するシステムと比較すると、第2移動体機構33のモータ41として低い能力のものを用いることができ、システムの大型化や消費電力の増加を抑制することができる。また、第2移動体機構33の駆動力を小さくすることができるため、振動や騒音も抑制することができる。
【0030】
また、本実施形態では、図5に示すように、断面コ字状のレール軌道30の中立軸上に直線ガイド部53を配置し、移動体31を支持するようになっている。これによる効果について説明する。本実施形態のリニアモータなどの軌道に沿って移動体を走行させるシステムでは、移動体が高速走行等すると、シール抵抗などに起因して発熱することになる。このように移動体の走行時には直線ガイド部53が発熱し、その熱がレール軌道30に伝達されることになる。このような発熱によるレール軌道30がバイメタル効果により機械的に変形してしまい、湾曲してしまうことになる。このようにレール軌道30が変形すると、これに案内支持される移動体31の位置ずれが生じ、半導体製造工程等に支障を来すことがある。
ところで、上述したバイメタル効果は、中立軸を中心に変形を生じるものであるため、中立軸上での変形量は少なくなる。本実施形態では、この原理に着目し、変形の少ない中立軸上に移動体31を支持する直線ガイド部53を設けることにより、移動体31の位置ずれを抑制している。
【0031】
C.変形例
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下のような種々の変形が可能である。
【0032】
(1)上述した実施形態においては、リニアモータにより移動体31を駆動するようにしていたが、これに限らず、他の方式で移動体31を駆動するようにしてもよい。例えば、図7に示すようなボールスクリュー70を用いた駆動方式であってもよいし、タイミングベルト等によるベルト駆動で移動体31を駆動する方式のものであってもよい。また、上述した実施形態では、第1移動体機構32の駆動方式としてリニアパルスモータを利用していたが、これに限らず、誘導型など他のタイプのリニアモータを用いた移動体システムに適用することも可能である。
また、リニアパルスモータを用いた方式であっても、上述したようなコアおよびコイル等を支持部材59の上下にそれぞれ配置する構成に限らず、例えば図8に示すような構成にリニアモータであってもよい。このような場合にも、上記実施形態と同様に、移動体31は、断面コ字状のレール軌道30のせん断中心S近傍で部品吸着ヘッド等の重量物体を保持するようにすればよい。
【0033】
(2)また、上述した実施形態では、直線ガイド部53をレール軌道30の中立軸上に設けるようにし、上述した熱変形による移動体31の位置ずれを抑制するようにしていたが、上下方向のスペースが狭い等の問題がある場合には、図9に示すように、レール軌道30の端板30bに直線ガイド部53を設け、移動体31を支持するようにしてもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様にレール軌道30、移動体31および部品吸着ヘッド132等の重量による捻れに起因する位置ずれを抑制することができる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大型化および重量の増加を招くことなく、レール軌道などや移動体の重量に起因する位置決め精度の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のリニアモータを利用した移動体システムの主要構成を示す断面図である。
【図2】 従来の移動体システムの概略構成を示す斜視図である。
【図3】 本発明の一実施形態に係る移動体システムの主要部の概略構成を示す斜視図である。
【図4】 実施形態に係る前記移動体システムの構成要素である第1移動体機構の主要構成を示す斜視図である。
【図5】 前記第1移動体機構の主要構成を示す断面図である。
【図6】 前記第1移動体機構の動作原理を説明するための図である。
【図7】 実施形態に係る移動体システムの変形例の主要部の構成を示す斜視図である。
【図8】 実施形態に係る移動体システムの他の変形例の主要部の構成を示す断面図である。
【図9】 実施形態に係る移動体システムのその他の変形例の主要部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
30……軌道レール
30a……端板基部
31……移動体
32……第1移動体機構
33……第2移動体機構
52……二次側コア
53……直線ガイド部
54……磁界発生機構54
70……ボールスクリュー
131……本体部
131a……基部
131b……取付部
132……部品吸着ヘッド
S……せん断中心
Claims (6)
- 断面形状がコ字状の軌道構造体と、前記軌道構造体に沿って移動可能に設けられる移動体とを備え、前記軌道構造体内部に前記移動体を移動させる駆動手段を有する移動体システムであって、
前記軌道構造体の前記コ字状を構成する三辺のうち互いに向かい合う二辺の外側の面をそれぞれ通る中立軸上に、前記移動体を移動可能に案内支持する直線ガイド部を設けたことを特徴とする移動体システム。 - 前記駆動手段は、リニアモータであることを特徴とする請求項1に記載の移動体システム。
- 前記駆動手段は、ボールスクリューを用いて前記移動体を駆動することを特徴とする請求項1に記載の移動体システム。
- 前記駆動手段は、ベルト駆動により前記移動体を駆動することを特徴とする請求項1に記載の移動体システム。
- 直線ガイド部を有する断面形状がコ字状の軌道構造体と、前記軌道構造体に沿って移動可能に設けられる移動体とを備え、前記軌道構造体内部に前記移動体を移動させる駆動手段を有する移動体システムであって、
前記移動体は、断面形状がコ字状の前記軌道構造体における開放した側方の反対側を除く三方を覆うようにして設けられるとともに、当該開放した側方の反対側で負荷物体を保持する保持手段を有し、
断面形状がコ字状の前記軌道構造体において、前記移動体が覆う三方のうち前記開放した側方を除く二方を通る中立軸上に、前記直線ガイド部を設けたことを特徴とする移動体システム。 - 前記軌道構造体と前記移動体と前記駆動手段とによって第1移動体機構が構成されており、
前記第1移動体機構を、前記直線ガイド部が伸びる方向と直交する方向に移動させる第2移動体機構を具備することを特徴とする請求項5に記載の移動体システム。
ことを特徴とする
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