JP4757404B2

JP4757404B2 - 搬送アーム

Info

Publication number: JP4757404B2
Application number: JP2001167595A
Authority: JP
Inventors: 敏彦光吉
Original assignee: JEL Corp
Current assignee: JEL Corp
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2021-06-04
Also published as: JP2002362738A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は搬送アームに係り、半導体製造装置等に搭載され、基板等を高精度で搬送でき、高い耐久性により高寿命を実現することができるようにした搬送アームに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体製造装置内には所定の動作シーケンスでウェハ等の基板を移動させる基板搬送装置が備えられている。この種の基板搬送装置には高精度の動作及び塵等が発生しないクリーンな動作環境が要求されている。
【０００３】
図７は従来の基板の移し換え装置の搬送アームの構成及びその動作を模式的に示した模式構成図である（特許第２８０８８２６号公報参照）。同図に示した搬送アームでは、共有する短節で連結された２組の平行リンクの屈伸動作により図示しない基板を軸線方向に直動往復運動させるようになっている。さらに干渉しないように設置高さを変えて軸線に対して対称に一対をなすようにアームを配置して連続的な基板の搬送を行えるようにしている。
【０００４】
図７に示したように、従来機構ではアーム５２０、５３０は中心軸Ｃに関して対称配置され、それぞれのアーム５２０、５３０は、リンク５４１、５４２を長リンクとする平行リンク５４０と、リンク５５１、５５２を長リンクとする平行リンク５５０とが噛合する２枚の歯車５７０、５７２を短リンクとして共有するリンク機構からなる。これらの歯車は歯車５７０がリンク５４２に固着され、歯車５７２がリンク５５２に固着されている。また、リンク５４１、５４２の共有するリンク機構の反対端は短リンクとなるとともに、旋回駆動である旋回台５１０に取り付けられ、リンク５５１、５５２の反対端には基板保持部６００が取り付けられている。このような構成からなる搬送アームでは、まずアーム５３０で示した初期状態から平行リンク５４０が旋回台５１０の旋回に伴って旋回すると、歯車５７０、５７２の噛み合いにより、平行リンク５５０が平行リンク５４０と反対方向に同じ旋回角だけ旋回し、右半図のアーム５２０で示した中間状態のように、Ｖ字形をなすリンクの挟角を広げながら、基板保持部６００を中心軸Ｃに沿って矢印Ａ方向に直線移動する。
【０００５】
このとき短リンクを構成する２枚の歯車５７０、５７２に代えて２組の平行リンク５４０、５５０を図示したように屈伸動作させる代替機構としてプーリベルト、ワイヤ等も適用できるとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、噛合する歯車は所定のバックラッシをとって設計されているので、リンクの連動にガタが生じやすい。このため搬送精度が低下し、高精度位置決めが期待できないという問題がある。また、噛合部で生じる歯間の滑りにより摩耗粉が発生するという問題もある。一方、プーリにスチールベルトやワイヤを掛け渡して回転角度の同期をとるようにした従来例においても、ベルトやワイヤがプーリに巻回された際に繰り返し折り曲げられるため、早期に疲労破壊が生じるおそれがある。また、ベルトやワイヤの寿命は掛け渡した状態での張力と曲げ半径とにより決まってくるため、使用プーリの直径を大きくして対応することも考えられる。しかし、その場合にはプーリの直径が大きくなってしまい、機構の小型が難しい。
【０００７】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、高精度の基板搬送が実現でき、かつ部材摩耗等を最小限とすることで、高い耐久性が得られるようにした搬送アームを提供することにある。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は第１平行リンクの短節と、第２平行リンクの短節とをベースにて共有して連結し、前記第１平行リンクのアーム端に付与された旋回動作により、前記第２平行リンクの自由端に設けられた搬送台を、前記第１平行リンクのアームと第２平行リンクのアームのなす角度を変化させて所定の軌跡で移動させるようにした搬送アームにおいて、前記第１平行リンクと第２平行リンクとの間のベース上に、前記共有された短節に直交する方向にガイドレールを有するリニアガイドと、前記ガイドレール上を走行するスライダと前記短節両端で前記第１平行リンクと第２平行リンクのアーム端を軸支する関節軸との間を前記リニアガイドに関して対称にそれぞれ連結する、屈伸可能なレバー群で構成した同期リンクとを備え、前記第１平行リンクのアームと第２平行リンクのアームとが前記同期リンクのレバー部材の屈伸動作を介して前記リニアガイドに関して等角度で開閉するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
前記第１平行リンクのアームに付与された旋回動作により前記リニアガイドのスライダを直線移動させ、この直線移動に伴い前記同期リンクを介して前記第２平行リンクのアームを反対向き等角度に旋回させ、前記第１平行リンクのアームと第２平行リンクのアームのなす角度を変化させて前記第２平行リンクの自由端に設けられた搬送台を移動させることが好ましい。
【００１０】
【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。図１（ａ）は全体が基台プレート２の回転軸Ｒ₁、Ｒ₂に支持された搬送アーム１全体を示した平面図である。図１（ｂ）はアームの屈曲状態における同期リンク（後述する）の動作状態を説明するためにアームの一部を切欠いて示した図１（ａ）と同じ平面図である。搬送アーム１は、公知の２組の平行リンクを用いた搬送アームと同様に短節を共有して連結し動作する２組の平行リンク１０、２０とから構成されている。
【００１１】
すなわち、搬送アーム１は２本の平行配置されたアーム１１、１２の軸端を結んでなる短節１３の１方の関節１４を駆動回転軸Ｒ₁とし、他の関節１５を従動回転軸Ｒ₂とし、駆動回転軸Ｒ₁の回転によりアーム１１、１２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１０と、短節１３に対向する他の短節１６を含むガイドベース３０と、ガイドベース３０に取り付けられ、スライダ３１の直線走行によりガイドベース３０を、その短節１６に直交する方向に直線案内するリニアガイド３２と、ガイドベース３０を介して第１平行リンク１０と共有する短節２６を有し、この短節２６の両端関節２７、２８に２本の平行配置されたアーム２１、２２の各端が連結された第２平行リンク２０と、リニアガイド３２のスライダ３１の関節軸Ｊ₅と対応する第１関節軸Ｊ₁、第２関節軸Ｊ₂とを、２本のレバー（後述する）と関節軸Ｊ₄を介してそれぞれリニアガイド３２の中心軸Ｃ_rに関して対称に連結し、第１平行リンク１０のアーム１１に付与された旋回動作によりリニアガイド３２のスライダ３１を直線移動させ、この直線移動に伴い第２平行リンク２０のアーム２１を反対向き等角度に旋回させる同期リンク４０と、第２平行リンク２０においてガイドベース３０と反対側の自由端で短節２３を構成し、図示しない基板等の搬送対象を載置する搬送台５０とから構成されている。
【００１２】
以下、搬送アーム１の各関節（軸）及び関節（軸）を介して連結された各部材の構成について説明する。
第１平行リンク１０の基台への取付構造の構成について図１各図及び図３を参照して説明する。図１（ａ）は搬送アーム１の原点位置でのアームの状態を示した平面図である。同図に示したように、ガイドベース３０で連結された２組の平行リンク１０、２０は最も屈曲した状態にある。このとき、図１（ａ）に示したように、搬送アーム１０は第１平行リンク１０の一端の短節１３の軸端となる２関節１４、１５を介して基台プレート２上に支持されている。基台プレート２は平面視して円板状で、図３に示したように、円筒ケーシング３上面にボルト結合により固定されている。円筒形ケーシング３内には図示しないモータにより駆動する駆動回転軸Ｒ₁が玉軸受４に支持された状態で収容されている。この駆動回転軸Ｒ₁上端には第１平行リンク１０のアーム１１の一端がボルト留めされ、関節１４が構成されている。さらに玉軸受５を介して基台プレート２上に支持された従動回転軸Ｒ₂上端には第１平行リンク１０のアーム１２の一端がボルト留めされ、短節１３の他の関節１５が構成されている。
【００１３】
２組の平行リンク１０、２０の連結部分の構成について図１（ｂ）、図４、図５を参照して説明する。アーム１１の端部の下端凹所１１ａには第１関節軸Ｊ₁の上端がはめ込まれ、アーム１１の端部にボルトを介して固着されている。この第１関節軸Ｊ₁には図５に示したように、ガイドベース３０が玉軸受３１Ａ、３１Ｂを介して取り付けられている。さらに第１関節軸Ｊ₁下端には同期リンク４０としての第１レバー４１の端部が固着されている。一方、アーム１２の端部は玉軸受を介して第２関節軸Ｊ₂に軸支されている。第２関節軸Ｊ₂はアーム１２の端部を貫通するように配置され、太径部Ｊ_2a及び細径部Ｊ_2bとを有する。細径部Ｊ_2bにはアーム１１と同様に、ガイドベース３０の他端が玉軸受３１Ｂを介して取り付けられている（図５参照）。このガイドベース３０は図５に示したように、第１関節軸Ｊ₁及び第２関節軸Ｊ₂を連結し、第１平行リンク１０の短節１６を構成する。さらにガイドベース３０の下面には図４に示したように、リニアガイド３２のガイドレール３３が図示しないボルトにより固着されている。このガイドレール３３は図１（ｂ）に示したように、第１関節軸Ｊ₁及び第２関節軸Ｊ₂を連結する仮想線（搬送台の移動方向に平行）に直交するガイド対称軸Ｃ_r方向に延在するように、ガイドベース３０上に固着されている。さらに第２関節軸Ｊ₂の下端にも同期リンク４０の第１レバー４２の端部が固着されている。
【００１４】
第２平行リンク２０の構成について図４、図５を参照して説明する。アーム１１の上部には、第３関節軸Ｊ₃が玉軸受を介してアーム１１内に収容支持されている。さらに第３関節軸Ｊ₃の上面には第２平行リンク２０のアーム２２がボルト留めされている。一方、第２関節軸Ｊ₂の上面には第２平行リンク２０のアーム２１が同様にボルト留めされている。さらに、第２平行リンク２０の各アーム２２、２１の自由端のアーム内には、玉軸受（図示せず）を介して関節軸が収容され、その関節軸上に搬送台５０が固着されている。搬送台５０の形状は載置される基板や液晶用ガラス等（図示せず）の大きさ、重量等に応じて最適な形状、構造に設定されるようになっている。本実施の形態では便宜的に仮想線による四角形で示している。
【００１５】
同期リンク４０を構成するレバー群の構成について図１（ｂ）、図２（ｂ）及び図４を参照して説明する。同期リンク４０は図４に示したように、ガイドベース３０の下面側に取り付けられたガイドレール３３に沿ってスライド可能に取り付けられたスライダ３１と、第１関節軸Ｊ₁及び第２関節軸Ｊ₂のそれぞれの下端部に連結された第１レバー４１、４２と、この第１レバー４１、４２にそれぞれ関節軸Ｊ₄を介して連結され、その他端が関節軸Ｊ₅を介してスライダ３１のガイドレール３３を挟んだ両側部に連結された第２レバー４３、４４とから構成されている。またガイド対称軸Ｃ_rに関して対向配置された２組の同期リンク４０のそれぞれの第１レバー４１、４２及び第２レバー４３、４４はスライダ３１の移動に従ってガイド対称軸Ｃ_rに関して対称な形状で伸長、屈曲する。すなわち、図２（ａ）に示したように、基板搬送過程において、スライダ３１は第１関節軸Ｊ₁及び第２関節軸Ｊ₂から遠ざかるようにガイドレール３３上をスライドする。なお、図２（ｂ）では説明のために、第１平行リンク１０と第２平行リンク２０とを分離して示し、また第１平行リンク１０側のレバー群を重複して示している。
【００１６】
次に、上述した搬送アームの動作について図１、図２を参照して説明する。図１（ａ）に示した原点位置から駆動回転軸Ｒ₁を矢印方向（半時計回り方向）に角度θだけ旋回すると、この駆動回転軸Ｒ₁に直接連結しているアーム１１を介して第１平行リンク１０のアーム１２も同方向に同角度θだけ旋回し、この両アーム端に固着されているガイドベース３０は平行四辺形の短節として仮想線Ｃに平行に直線移動する。このときアーム１１の端部に固着された第１レバー４１はアーム１１の旋回に伴い、半時計回り方向に角度θだけ旋回するが、この第１レバー４１先端に関節軸Ｊ₄を介して連結された第２レバー４３の先端はリニアガイド３２のガイドレール３３上のスライダ３１に関節Ｊ₅を介して連結され、その移動方向がリニアガイド３２により規制されている。このため、第１レバー４１の角度θの旋回は第２レバー４３先端の関節軸Ｊ₅を介してリニアガイド３２に沿ったスライダ３１の直線運動に変換される。このスライダ３１のガイド対称軸Ｃ_rに関して対称な位置には同期リンク４０の第２レバー４４の関節軸Ｊ₅が取着されている。したがって、この第２レバー４４及びこれに連結した第１レバー４２の伸長動作により第２関節軸Ｊ₂に時計方向の角度θ分の回転が付与される。これに対して第２平行リンク２０のアーム２１が第２関節軸Ｊ₂に対して回転不能に連結されているため、アーム２１には時計回り方向角度θの回転が付与される。このときアーム２２は第３関節軸Ｊ₃に対して回転可能に、アーム２１、２２の他端は搬送台５０に対して関節軸（図示せず）を介して回転可能に連結されているため、第２平行リンク２０全体は時計回り方向角度θだけ各アーム２１、２２が第１関節軸Ｊ₁及び第２関節軸Ｊ₂をそれぞれの回転中心として時計方向回りに旋回する。これにより搬送台５０は図１（ａ）に示したように、仮想線Ｃ上を矢印Ａ方向に直線移動する。
【００１７】
以上の説明及び図２（ａ）から、駆動回転軸Ｒ₁を時計回り方向に所定角度θだけ旋回すると、搬送台５０は矢印Ｂ方向に直線移動することも理解できる。また、上述の説明は基台プレート２に設けられた駆動回転軸Ｒ₁の旋回による各動作について述べているが、この基台プレート２が図示しない所定の回転中心に関して旋回等できるような構造にあってもよく、その場合には基台プレート２の動作及び搬送台５０の直線動作を複合した搬送アーム１の使用が可能となる。また、基台プレート２の平面形状等は図示した円板形状に限定されないことはいうまでもなく、搬送台５０の原点位置及び各アームの最大伸長位置も適用装置の仕様によって適宜設定できることはいうまでもない。
【００１８】
次に、図６各図を参照して平行リンクの変形例の動作について説明する。図６（ａ）は、図１各図に示した、第１平行リンク１０及び第２平行リンク２０の動作によって、図示しない基板等の搬送対象を載置する搬送台５０を直線移動させるようにした構成を示している。この搬送アームでは、第１平行リンク１０及び第２平行リンク２０におけるアーム１１，１２，２１，２２の長さが等しいため、搬送台５０は仮想線Ｃに沿って直線状の軌跡で移動する。これに対して図６（ｂ）には、第１平行リンク１０のアーム１１，１２（図の簡単化のために、１本線で示す。）に対して第２平行リンク２０のアーム２１，２２（同上）を長く設定して、リニアガイド（図示せず）に対して両方の平行リンク１０，２０が等角度をなして開閉するようにした。このように、図６（ａ）と同様の構成からなるリニアガイドと同期リンク（図示せず）とを備え、一方の平行リンクのアーム長を長くすることにより、第２平行リンク２０の先端に取り付けられた搬送台５０を所定の曲線状の軌跡で移動させることができる。同様に、図６（ｃ）に示したように、第２平行リンク２０のアームを短くした場合には、図６（ｂ）と反対側に湾曲した曲線状の軌跡で搬送台５０を移動させることができる。このように、連結された２つの平行リンクのアーム長を異ならせることにより、搬送台５０の移動軌跡を適宜設定することができる。また、以上の説明では各アームが平面上を移動する場合を想定して説明したが、たとえば鉛直面に沿って各アームを移動させ、搬送台５０の高さを移動軌跡に沿って上下に昇降させるという適用例も考えられる。
【００１９】
以上に述べた構成のうちリニアガイドには、要求精度に応じて公知の種々の構造形式のものを適用することができる。また、本実施の形態では各関節は付与された旋回動作が可能な玉軸受が示されているが、ラジアル軸受構造であれば種々の構造形式のものを使用することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上に述べた搬送アームによれば、基板等の搬送を高精度に行えることができ、また可動部の摩耗等がほとんどないのでクリーンな環境を長期にわたって保持でき、その結果高い耐久性を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による搬送アームの一実施の形態（原点位置：アーム屈曲状態）を示した平面図。
【図２】図１に示した搬送アームの伸長状態を示した平面図。
【図３】図１（ａ）のIII-III断面線に沿って示した駆動軸位置の断面図。
【図４】図１（ｂ）のIV-IV断面線に沿って示した同期リンクの関節軸位置の断面図。
【図５】図１（ａ）のV-V断面線に沿って示した同期リンクの関節軸位置の断面図。
【図６】搬送アームの他の実施の形態におけるアームの屈伸動作を線図で模式的に示したアーム動作図。
【図７】従来の搬送アームの一例を示した概略構成図。
【符号の説明】
１，１００，２００，３００搬送アーム
２基台プレート
１０第１平行リンク
１１，１２，２１，２２アーム
１３，１６，２３，２６短節
２０第２平行リンク
３０ガイドベース
３１スライダ
３２リニアガイド
３３ガイドレール
４０同期リンク
５０搬送台
Ｒ₁ 駆動回転軸
Ｒ₂ 従動回転軸
Ｊ_i 第ｉ関節軸（関節）

Claims

第１平行リンクの短節と、第２平行リンクの短節とをベースにて共有して連結し、前記第１平行リンクのアーム端に付与された旋回動作により、前記第２平行リンクの自由端に設けられた搬送台を、前記第１平行リンクのアームと第２平行リンクのアームのなす角度を変化させて所定の軌跡で移動させるようにした搬送アームにおいて、
前記第１平行リンクと第２平行リンクとの間のベース上に、前記共有された短節に直交する方向にガイドレールを有するリニアガイドと、
前記ガイドレール上を走行するスライダと前記短節両端で前記第１平行リンクと第２平行リンクのアーム端を軸支する関節軸との間を前記リニアガイドに関して対称にそれぞれ連結する、屈伸可能なレバー群で構成した同期リンクとを備え、
前記第１平行リンクのアームと第２平行リンクのアームとが前記同期リンクのレバー部材の屈伸動作を介して前記リニアガイドに関して等角度で開閉するようにしたことを特徴とする搬送アーム。
前記第１平行リンクのアームに付与された旋回動作により前記リニアガイドのスライダを直線移動させ、この直線移動に伴い前記同期リンクの屈伸動作を介して前記第２平行リンクのアームを反対向き等角度に旋回させて前記第２平行リンクの自由端に設けられた搬送台を所定の軌跡で移動させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の搬送アーム。