JP4519743B2 - 基板吸着装置、基板支持体、基板搬送装置、およびガラス基板搬送用ロボット。 - Google Patents

Description

本発明は、産業用ロボット、特に液晶やガラス基板等の搬送に最適なロボットに関するもので、そのアーム先端の基板吸着装置回りに関する。

液晶パネルやガラス基板（以下、これらを総じて基板という）は年々大型化し、基板を搬送する搬送装置も対応を余儀なくされている。つまり、基板は大きさの割に対して厚さがきわめて薄く撓みやすいが、基板を搬送する搬送装置は、その大きな基板を的確に固定する技術が求められている。
そのため、ロボットのハンドに複数のフォークを取り付け、このフォークをガラス基板の下側に差し込んで、ロボットでフォークを持ち上げ搬送するようにしている。フォークをガラス基板の下側に差し込んだとき、ガラス基板を真空吸着するために、フォーク部位に上下方向に移動可能な弾性体を介して吸着パッドを設け、吸着パッドをガラス基板の下側に接触させ、その弾性体内を負圧にすることによって基板面をパッド面に吸着する基盤吸着装置を基板支持体に設けていた。
図８は従来の吸着パッド概略図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
図において、４はハンドのフォークとなっている。ロボットのハンドには複数のフォーク４が取り付けられており（図５参照）、このフォーク４によってガラス基板Ｋ（図５参照）を取り、搬送する。このようなハンドのフォーク４にクッションゴムパッド２２’が取り付けてある。このクッションゴムパッド２２’に吸着パッド２３’が覆い被さっている。この吸着パッド２３’の位置を固定するために押さえ蓋２４が設置されている。

さらに、基板に反りがあるような場合の基板吸着装置として蛇腹機構を使用したものも知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１記載の発明は、基板を平坦な状態でステージ上に固定するために、ステージに複数の吸引孔および複数の空孔を設けておき、空孔のそれぞれに挿入される蛇腹機構の吸着ユニットをそれぞれ上昇させ、ステージ上の基板を吸着させるものである。
特開２００４−１７９３９９号公報

しかしながら、このような従来装置や特許文献１記載の装置においては、垂直方向および若干の反りに対しては追従できるものの、大きな反りに対して追従できず、また傾斜方向を定めて傾斜角を制御することができないため、基板の撓みが大きい方向があるなどの基板特徴に合わせて、パッドの傾斜角を制御することができず、吸着エラーが発生するという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、搬送で使用するロボット、ハンド、基板を一つの搬送システムとした場合、そのシステム状況下での基板の反り等の特徴に合わせた吸着パッドの選択が可能とすることを目的とする。

上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は基板吸着装置に係り、吸気通路（２１ｃ、２１ｄ）を有するパッド座（２１）と、蛇腹状の弾性体で形成され、上方から下方へ貫通した開口（２２ａ、２２ｂ）を有し、前記貫通した開口（２２ａ、２２ｂ）と前記吸気通路（２１ｃ、２１ｄ）とが繋がるよう前記パッド座（２１）に固定されるパッド支持体（２２）と、基板（Ｋ）と接触する凸部（２３ａ）と、前記凸部（２３ａ）の内側に設けられた吸気貫通孔（２３ｃ）と、を有し、前記吸気貫通孔（２３ｃ）と前記開口（２２ａ、２２ｂ）とが繋がるよう前記パッド支持体（２２）に固定される吸引パッド（２３）と、前記吸引パッド（２３）に設けられた支点軸（２３ｂ）と、前記パッド座（２１）との間で前記支点軸（２３ｂ）を保持するパッド押さえ（２４）と、を備え、
前記パッド座（２１）と前記パッド押さえ（２４）とが前記支点軸（２３ｂ）を保持する部分において前記パッド押さえ（２４）と前記パッド座（２１）との間に所定の隙間が形成され、前記支点軸（２３ｂ）の軸方向において前記吸引パッド（２３）が前記パッド座（２１）の上面となす限界傾斜角度と、前記支点軸（２３ｂ）の軸回り方向において前記吸引パッド（２３）が前記パッド座（２１）の上面となす限界傾斜角度と、が異なるよう構成されたことを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の基板吸着装置において、前記所定の隙間の長さを変えることで、前記支点軸（２３ｂ）の軸方向において前記吸引パッド（２３）が前記パッド座（２１）の上面となす限界傾斜角度と、前記支点軸（２３ｂ）の軸回り方向において前記吸引パッド（２３）が前記パッド座（２１）の上面となす限界傾斜角度と、が変更されることを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の基板吸着装置において、前記パッド支持体（２２）が、ゴムで構成されたことを特徴としている。
請求項４記載の発明は基板支持体に係り、請求項１〜３のいずれか１項記載の基板吸着装置を備え、前記吸引パッド（２３）が開口（１４ａ）から突出するように前記パッド座（２１）を収容するとともに、前記吸気通路（２１ｃ、２１ｄ）に接続される吸気管（２８）を収容することを特徴としている。
請求項５記載の発明は基板搬送装置に係り、可動体を備えた基板搬送装置であって、請求項４記載の基板支持体を前記可動体に設けたことを特徴としている。 請求項６記載の発明はガラス基板搬送用ロボットに係り、前記基板（Ｋ）がガラス基板であって、請求項５記載の前記可動体がロボットアームであることを特徴としている。

本発明によれば、基板吸着装置のパッドを蛇腹状としたので、基板の大きな反りに対して追従可能となり、この基板吸着装置を搬送で使用するロボットに組み込んだ場合、基板の反り等の特徴に合わせて確実に吸引でき、また吸着パッドの傾斜を制御することが可能となるので使い易いロボットが得られる。

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の吸着パッド近傍の説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。ロボットハンドのフォーク４（図５）に蛇腹状クッションゴムパッド２２（図５の５）が取り付けてある。この蛇腹状クッションゴムパッド２２に支点軸付き吸着パッド２３が覆い被さっている。
この吸着パッド２３の位置を固定するために押さえ蓋２４が設置されている。
蛇腹状クッションゴムパッド２２は弾性体であって、長さ方向に伸縮自在、長さ方向に対して斜め方向に変位自在である。したがって、吸着パッド２３は吸着対象である基板の変形に対してこの蛇腹状クッションゴムパッド２２の伸縮・傾斜自在により垂直方向から吸引することができるようになり、変形基板Ｋ（図２）に対しても強力な吸引が可能となる。

次に、上記構成を図２を用いて説明する。
図２は本発明の吸着パッド近傍の縦断面拡大図である。
図において、基板吸着装置２０は、基板支持体１４の上面に形成されるもので、パッド座２１と、パッド座２１の上に載置されるパッド支持体２２と、パッド支持体２２の上に載置される吸引パッド２３と、吸引パッド２３の変位をある範囲内に規制するパッド押さえ２４とを備えて構成される。
パッド座２１は基板支持体１４、１４の間に設けられ、上部に円状凹部２１ａが形成され、その円状凹部２１ａの中央口２１ｂから下方へ吸気通路２１ｃが延び、その先端から水平方向に直角に曲がって外部に通じる吸気通路２１ｄが延びている。吸気通路２１ｄには基板支持体１４に設けられたチューブなどからなる吸気管２８が連通し、吸気管２８を介して真空ポンプ（図示せず）と連結されている。
パッド支持体２２は本発明により弾性体で蛇腹状に形成され、上下方向の変位および斜め方向の変位が自由自在となっている。その上方に開口２２ａと下方に開口２２ｂが設けられている。
吸引パッド２３は上部周囲に３６０度に亘る周縁凸部２３ａを設けた逆コップ状の円筒部をしており、上部中央から下方に貫通する吸気貫通孔２３ｃを設け、下部に支点となる支点軸２３ｂを備えている。上部の吸気貫通孔２３ｃから空気を吸引することでガラス基板等Ｋに塞がれた周縁凸部２３ａの内側が負圧となり、ガラス基板等Ｋを確実に吸引・載置するようになる。
パッド押さえ２４は断面Ｌ字状をしており、パッド座２１の上面に設けられるもので、吸引パッド２３の支点軸２３ｂの上面と隙間を介してあるいは隙間なく対向し、かつパッド２３の円筒部の外周面と隙間を介して対向して置かれ、これらの隙間によって吸引パッド２３の垂直方向および水平方向の変位を許容すると共にそれ以上の変位を規制している。
なお、２７は吸気管２８と吸気通路２１ｄとを結ぶ継手である。

図３と図４は図２の基板Ｋが傾斜している場合の吸引パッド２３の垂直方向および水平方向の変位状態を示す図で、図３（ａ）、（ｂ）は吸引パッドが図で左側に傾斜している場合を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図３（ｃ）は図３（ａ）の左側から支点軸方向に見て吸着パッド２３が左側に傾斜している場合を示す側面図である。図４（ａ）、（ｂ）は吸引パッドが図で右側に傾斜している場合を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図４（ｃ）は図４（ａ）の左側から支点軸方向に見て吸着パッド２３が右側に傾斜している場合を示す側面図である。図３（ｂ）において、基板Ｋ（図２）が大きく図で左側に傾斜していると、本発明に係る蛇腹状パッド支持体（クッションゴムパッド）２２がその傾斜に対応して同じく傾斜するので、その上に載置されている吸引パッド（吸着パッド）２３Ｌも同じく傾斜し、基板Ｋを確実に吸引することができる。その場合の傾斜角の限界は吸引パッド２３の支点軸２３ｂがパッド押さえ２４に当接するときとなる。
図３（ｃ）においても、同じく基板Ｋが大きく図の方向（図３（ｂ）と直角方向）に傾斜しても、本発明に係る蛇腹状パッド支持体２２がその傾斜に対応して同じく傾斜するので、その上に載置されている吸引パッド２３Ｌも同じく傾斜し、基板Ｋを確実に吸引することができる。

図４（ｂ）において、基板Ｋ（図２）が大きく図で右側に傾斜していると、本発明に係る蛇腹状パッド支持体２２がその傾斜に対応して同じく傾斜するので、その上に載置されている吸引パッド２３Ｒも同じく傾斜し、基板Ｋを確実に吸引することができる。その場合の傾斜角の限界は吸引パッド２３の支点軸２３ｂがパッド押さえ２４に当接するときとなる。
図４（ｃ）においても、同じく基板Ｋが大きく図の方向（図４（ｂ）と直角方向）に傾斜しても、本発明に係る蛇腹状パッド支持体２２がその傾斜に対応して同じく傾斜するので、その上に載置されている吸引パッド２３Ｒも同じく傾斜し、基板Ｋを確実に吸引することができる。

図５は本発明の搬送で使用するロボットとロボットハンドと基板の概略平面図、図６はその正面図、図７はその側面図である。ただし、図７においては、Ｌ軸側ハンドとＲ軸側ハンドをともに前方に伸ばして重ねた状態を示している。
各図において、ロボット１のダブルアームにそれぞれＬ軸側ハンド２とＲ軸側ハンド３が取り付けられている。そのハンドそれぞれにフォーク４が複数本（図では３本）取り付けられており、そのフォークそれぞれに本発明に係る吸着パッド部５が取り付けられている。この吸着パッド５にガラス基板Ｋが真空吸着されることとなる。
本発明によれば、基板Ｋが大きく反って（傾斜して）いても、本発明に係る蛇腹状パッド支持体２２がその傾斜に対応して傾斜するので、その上に載置されている吸引パッド２３も同じく傾斜するため、基板Ｋを確実に吸引することができるようになる。
以上の説明から判るように、本発明が従来の吸着パッドと異なる部分は、蛇腹状のクッションゴムパッド２２を使用し、さらに、支点軸付き吸着パッド２３を備えた部分である。その動作は、図３および図４に示すように、支点軸付き吸着パッド２３の支点軸２３ｂを基点に傾斜でき、支点軸方向と支点軸と９０°方向の傾斜角を制御できる。また、支点軸２３ｂがはまる溝の深さ、すなわちパッド押さえ２４の高さを変えることで、傾斜角を制御することができる。パッド押さえ２４の高さを高くすれば、吸着パッド２３は支点軸２３ｂの規制が緩くなるので、傾斜角を拡大することができる。
このように、本発明によれば、基板吸着装置のパッドを蛇腹状としたので、基板の大きな反りに対して追従可能となり、この基板吸着装置を搬送で使用するロボットに組み込んだ場合、基板の反り等の特徴に合わせて確実に吸引でき、また吸着パッドの傾斜を制御することが可能となるので使い易いロボットが得られる。

本発明の吸着パッド近傍の説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 本発明の吸着パッド近傍の縦断面拡大図である。 図２の基板Ｋが傾斜している場合の吸引パッド２３の垂直方向および水平方向の変位状態を示す図で、（ａ）、（ｂ）は吸引パッドが図で左側に傾斜している場合を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。（ｃ）は（ａ）の左側から支点軸方向に見て吸着パッド２３が左側に傾斜している場合を示す側面図である。 図２の基板Ｋが傾斜している場合の吸引パッド２３の垂直方向および水平方向の変位状態を示す図で、（ａ）、（ｂ）は吸引パッドが図で右側に傾斜している場合を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。（ｃ）は（ａ）の左側から支点軸方向に見て吸着パッド２３が右側に傾斜している場合を示す側面図である。 本発明の搬送で使用するロボットとロボットハンドと基板の概略平面図である。 図５の正面図である。 図５の側面図である。ただし、図７においては、Ｌ軸側ハンドとＲ軸側ハンドをともに前方に伸ばして重ねた状態を示している。 従来の吸着パッドの概略図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１ ロボット
２ Ｌ軸側ハンド
３ Ｒ軸側ハンド
４ フォーク
５ 吸着パッド部
１４ 基板支持体
２０ 基板吸着装置
２１ パッド座
２１ａ 円状凹部
２１ｂ 中央口
２１ｃ、２１ｄ 吸気通路
２２ パッド支持体（蛇腹状クッションゴムパッド）
２２ａ 上方開口
２２ｂ 下方開口
２３ 吸引パッド（支点軸付き吸着パッド）
２３ａ 周縁凸部
２３ｃ 吸気貫通孔
２３ｂ 支点軸
２４ パッド押さえ（押さえ蓋）
２７ 継手
２８ 吸気管
Ｋ ガラス基板

Claims (6)

1. 吸気通路（２１ｃ、２１ｄ）を有するパッド座（２１）と、
   蛇腹状の弾性体で形成され、上方から下方へ貫通した開口（２２ａ、２２ｂ）を有し、前記貫通した開口（２２ａ、２２ｂ）と前記吸気通路（２１ｃ、２１ｄ）とが繋がるよう前記パッド座（２１）に固定されるパッド支持体（２２）と、
   基板（Ｋ）と接触する凸部（２３ａ）と、前記凸部（２３ａ）の内側に設けられた吸気貫通孔（２３ｃ）と、を有し、前記吸気貫通孔（２３ｃ）と前記開口（２２ａ、２２ｂ）とが繋がるよう前記パッド支持体（２２）に固定される吸引パッド（２３）と、
   前記吸引パッド（２３）に設けられた支点軸（２３ｂ）と、
   前記パッド座（２１）との間で前記支点軸（２３ｂ）を保持するパッド押さえ（２４）と、を備え、
   前記パッド座（２１）と前記パッド押さえ（２４）とが前記支点軸（２３ｂ）を保持する部分において前記パッド押さえ（２４）と前記パッド座（２１）との間に所定の隙間が形成され、前記支点軸（２３ｂ）の軸方向において前記吸引パッド（２３）が前記パッド座（２１）の上面となす限界傾斜角度と、前記支点軸（２３ｂ）の軸回り方向において前記吸引パッド（２３）が前記パッド座（２１）の上面となす限界傾斜角度と、が異なるよう構成されたこと、を特徴とする基板吸着装置。
2. 前記所定の隙間の長さを変えることで、前記支点軸（２３ｂ）の軸方向において前記吸引パッド（２３）が前記パッド座（２１）の上面となす限界傾斜角度と、前記支点軸（２３ｂ）の軸回り方向において前記吸引パッド（２３）が前記パッド座（２１）の上面となす限界傾斜角度と、が変更されること、を特徴とする請求項１記載の基板吸着装置。
3. 前記パッド支持体（２２）が、ゴムで構成されたこと、を特徴とする請求項１記載の基板吸着装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の基板吸着装置を備え、
   前記吸引パッド（２３）が開口（１４ａ）から突出するように前記パッド座（２１）を収容するとともに、前記吸気通路（２１ｃ、２１ｄ）に接続される吸気管（２８）を収容すること、を特徴とする基板支持体。
5. 可動体を備えた基板搬送装置であって、請求項４記載の基板支持体を前記可動体に設けたことを特徴とする基板搬送装置。
6. 前記基板（Ｋ）がガラス基板であって、請求項５記載の前記可動体がロボットアームであること、を特徴とするガラス基板搬送用ロボット。

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