JP4807424B2 - 天井搬送システムと物品の移載方法 - Google Patents

天井搬送システムと物品の移載方法 Download PDF

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Description

この発明は天井搬送システムでの物品の移載に関する。
天井搬送システムの問題点として、天井走行車がステーションとの移載のために停止すると、走行ルートが塞がり渋滞が生じることがある。このことに関連して特許文献1:JP2006-224944Aは、第1の天井走行車の走行レールの下方にバッファを設けて、第1の天井走行車はバッファとの間の移載のみを行い、バッファとステーション間では、他の走行レールを走行する第2の天井走行車が移載することを開示している。この場合、第1の天井走行車は昇降台を昇降させてバッファとの間で移載するので、バッファの上部での停止時間が長くなり、その間走行ルートを塞ぐことになる。
JP2006-224944A
この発明の課題は、物品の移載のための天井走行車の停止時間を短くすることにより、後続の天井走行車の走行を妨げないようにすることにある。
この発明では、地上側に設けられたステーションと、天井側に設けられた天井走行車システムとの間で、物品を移載するために、
前記天井走行車システムに、物品の底部を支持して走行する天井走行車と、該天井走行車の底部側に設けた走行レールとを設けると共に、
物品を上方から解放自在に保持することにより、前記天井走行車との間で物品を移載すると共に、物品を天井走行車の上部と前記走行レールの側方のステーションの上部との間で移動させ、かつ前記ステーションとの間で物品を昇降させて移載する移載台車を設けて、前記移載台車を天井走行車の走行レールに平行に、天井走行車と等速で走行させることにより、天井走行車を停止させずに、移載台車と天井走行車との間で物品を移載する。
この発明また、地上側に設けられたステーションと、天井側に設けられた天井走行車システムとの間で、物品を移載するために、
前記天井走行車システムの天井走行車を、物品の底部を支持して走行レールに沿って走行させるためのステップと、
移載台車を天井走行車の走行レールに平行に、天井走行車と等速で走行させると共に、移載台車により天井走行車の上方から物品を保持及び解放することにより、天井走行車を停止させずに、移載台車と天井走行車との間で物品を移載するためのステップと、
前記移載台車により、物品を天井走行車の上部と前記走行レールの側方のステーションの上部との間で移動させるためのステップと、
前記移載台車により物品を昇降させて、前記ステーションとの間で物品を移載するためのステップ、とを行う。
この明細書で天井搬送システムに関する記載はそのまま天井搬送システムでの移載方法にも当てはまり、逆に移載方法に関する記載はそのまま天井搬送システムにもあてはまる。移載台車との移載時に、天井走行車は走行しており、移載台車が天井走行車と等速で平行に走行する。
天井走行車からステーションへ移載するものとして発明の作用を説明するが、天井走行車へ移載する場合は手順を逆にすればよい。この発明では、移載台車により、天井走行車上の物品を上方から保持して、物品を天井走行車上から走行レールの側方へ移動させ、後続の天井走行車及び天井走行車上の物品と干渉しないようにする。次いで移載台車により物品を昇降させて、ステーションとの間で物品を移載する。天井走行車は、移載のために昇降台を昇降させるなどの必要が無く、短時間で移載を完了できる。また移載台車により物品を走行レールの側方へ移動させるので、後続の天井走行車を速やかに通過させることができ、高効率の天井搬送システムが得られる。さらに天井走行車は移載装置を持つ必要がないので、簡単な走行車でよく、このため高速化が容易になる。
好ましくは、移載台車は、物品を上方から保持する昇降台と、昇降台を昇降させる昇降駆動部と、昇降駆動部を前記走行レールの上方とステーションの上方との間で横移動させる横送り部とを備えている。このようにすると、速やかに物品を走行レールの側方へ移動させ、速やかにステーションとの間で昇降させることができる。
この発明では、移載台車を天井走行車の走行レールに平行に天井走行車と等速で走行させる。このようにすると、天井走行車は任意の位置で移載台車との間で物品を移載させることができる。また天井走行車を停止させずに物品を移載させるので、さらに高速で物品を搬送できる。
実施例の天井搬送システムの要部平面図 実施例の天井搬送システムの要部拡大正面図 変形例での昇降駆動部と昇降台の間のパンタグラフを示す正面図 実施例での天井走行車と周囲の走行レールとを示す平面図 実施例での制御系を示すブロック図 実施例での、天井走行車と移載台車との移載アルゴリズムを示すフローチャート 天井走行車と移載台車との移載のタイミングチャートで、1)は天井走行車の速度を、2)は移載台車の速度を、3)は昇降台の高さを、4)はチャックの開閉を示す。 第2の実施例の要部拡大正面図 第3の実施例の要部拡大正面図 第4の実施例の要部拡大正面図 図10のXI−XI方向拡大断面図
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。
図1〜図11に、実施例とその変形とを示す。図1〜図7は最初の実施例とその変形とを示し、天井搬送システムは天井走行車システム2と移載台車システム4並びにバッファシステム6とで構成されている。天井搬送システムは、例えば半導体製造工場あるいはフラットパネルディスプレイの製造工場などのクリーンルーム内に設けられ、8は半導体やフラットパネルディスプレイなどの処理装置で、10はロードポートで、ステーションの例である。天井走行車システム2と移載台車システム4は、処理装置8の列に沿って設けられ、バッファシステム6は、移載台車システム4から見て、処理装置8の列の反対側に設けられ、多数のバッファ7を備えている。
図2などに示すように、天井走行車システム2はリニアモータレール12と天井走行車(OHS:OverHead Shuttle)14とを備え、リニアモータレール12は図示しないリニアモータの1次側を備え、天井走行車14はリニアモータの2次側を備えている。また16はカセットなどの物品で、半導体の基板あるいはフラットパネルディスプレイなどの基板を例えば1枚ずつ、もしくは複数枚ずつ収容する。移載台車システム4はクリーンルームの天井付近に走行レール18を備え、天井走行車システム2のリニアモータレール12はそれよりも低い位置にあり、天井走行車14はリニアモータレール12の上側を走行する。
なお天井走行車システム2のリニアモータレール12を、特許請求の範囲では走行レールと呼ぶことがある。また天井走行車14に回転型の走行モータを設けても良い。しかしリニアモータレール12にリニアモータの一次側を、天井走行車14にリニアモータの2次側を設けると、多数の天井走行車14を地上側で集中制御でき、高速かつ短い車間距離で走行させることができる。さらに後述の移載台車20と容易に等速で走行させることができる。
20は移載台車で、公知の天井走行車(Overhead Hoist Transport)を転用したものである。走行レール18は走行面22と給電部23とを備え、移載台車20は上から下への順で、走行ユニット24、受電ユニット25,横移動ユニット26,回動ユニット27、昇降駆動部28、昇降台30を備えている。実施例では、移載台車20の走行ユニット24は走行レール18内の走行面22に支持されて自走するが、移載台車20自体をベルト、チェーン、ネジ棒などからの力で走行させてもよい。また走行ユニット24は回転型のモータを備えているが、リニアモータを備えたものとしてもよい。受電ユニット25は給電部23から受電すると共に、無線LANなどを介して図示しない、地上側のコントローラとの間で通信する。受電は非接触給電によってもよく、あるいはケーブルベア(登録商標)などの配線によってもよい。
横移動ユニット26は、回動ユニット27と昇降駆動部28並びにその下部の昇降台30を、例えば移載台車20の走行方向に対する左右両側に横移動させる。回動ユニット27は、昇降駆動部28と昇降台30とを水平面内で回動させ、回動ユニット27は設けなくてもよい。昇降駆動部28は、吊持材31を用いて昇降台30を昇降させる。32は昇降台に設けたチャックで、物品16の上部に設けた係合部34を把持/解放自在である。
実施例では横移動ユニット26が昇降駆動部28を横移動させるが、昇降駆動部28が横移動ユニット26と昇降台30とを昇降させてもよい。33は相対位置センサで、天井走行車14に対する移載台車20の走行方向での相対位置を測定し、かつ相対位置の変化から移載台車20と天井走行車14との相対速度を求める。
天井走行車14と移載台車20とを等速で平行に走行させ、昇降駆動部28により昇降台30を例えば数mm程度のストロークで昇降させて、物品16を移載する。この時、物品16を昇降台30が保持しているか否かで、物品16に加わる風圧分の力が変化する。この力により、昇降台30が走行方向に沿って振動することを防止するため、昇降台30もしくは昇降駆動部28にピン35を設け、相手側に設けたピン孔36と係合させて、昇降台30の昇降駆動部28に対する走行方向の位置を一定にする。ピン35とピン孔36とに限らず、昇降駆動部28に対し昇降台30を走行方向に沿って位置決めする手段であれば、任意のものを用い得る。なおロードポート10との移載のため、昇降台30を長いストロークで下降させると、ピン35はピン孔36から抜け出し、昇降台30を上昇させると、ピン孔36内に復帰する。
天井走行車14は走行ユニット40を備え、その内部に図示しないリニアモータの2次側がある。また天井走行車14の支持ユニット41がリニアモータレール12の上部に突き出し、物品16の底部を支持する。支持ユニット41の例えば上面にマーク42があり、移載台車20側の相対位置センサ33で読み取り、相対位置を検出する。44,45は支柱で、支柱44はリニアモータレール12をクリーンルームなどの天井により支持し、支柱45はバッファシステム6を同様にクリーンルームなどの天井で支持する。なおバッファシステム6を、リニアモータレール12を介して支持してもよい。
図3は、昇降駆動部28と昇降台30との間にパンタグラフ38を設けた変形例を示し、吊持材31によりパンタグラフ38を昇降させることにより、昇降台30を小さなストロークで昇降させる。そして天井走行車14との物品の移載では、パンタグラフ38を用いて昇降台30を昇降させ、バッファシステム6及びロードポート10との移載では、昇降駆動部28と吊持材31を用いて昇降台30を昇降させる。このようにすると、天井走行車14との間で物品16を移載する際に、昇降台30に加わる力が物品16に加わる風圧分変化しても、昇降台30は走行方向の前後に振動しにくい。従ってより滑らかに物品16を移載できる。
図4は天井走行車14側のマーク42を示し、ここではマーク42は1次元あるいは2次元のバーコードで構成され、相対位置センサ33はラインセンサあるいはCCDセンサなどの光学センサと画像処理部とで構成されている。例えば移載台車と天井走行車14との相対速度を1mm/sec以下とし、走行方向の位置誤差を0.1mm以下とすることを考える。その場合、例えば相対位置センサ33の解像度を0.03mm程度とし、センサ33で例えば0.03秒程度の間隔を置いてマーク42を撮像し、前回の画像と今回の画像との差分を求める。相対速度が1mm/sec以下であれば、0.03秒置きに撮像した画像のシフトは解像度以下で、差分はほぼ0になる。相対速度への許容範囲がより広い場合、センサの解像度はより小さくでき、センサでの測定時間をより短くする場合、解像度をより高くする。
これらのことから、相対速度が充分に小さいことを検出でき、同時に位置合わせも行える。バーコードに天井走行車14のIDなどを記載すると、移載台車20は天井走行車14のIDを確認できる。移載台車20と天井走行車14との位置合わせには、バーコードに限らず任意の光学的マークと光学センサを用いることができ、移載時の相対速度などの許容誤差が大きい場合、相対位置センサ33及びマーク42は設けなくてもよい。
図5は、天井搬送システムの制御系を示し、搬送コントローラ50は天井搬送システムの全体を制御し、リニアモータコントローラ52はリニアモータレール内に設けたリニアモータを制御することにより、天井走行車14の走行を制御する。移載台車の機上コントローラ54は移載台車を制御し、走行モータ55を制御することにより、移載相手の天井走行車と等速で走行させる。
天井走行車と移載台車間の移載では、搬送コントローラ50が移載指令を送出し、この指令にはどの位置でいつどの天井走行車とどの移載台車との間で移載を行うかが含まれている。なお移載を行う際の天井走行車及び移載台車の速度パターンは一定で、コントローラ52,54はこれらのパターンを記憶し、移載指令に従ってリニアモータ53及び走行モータ55を制御する。またリニアモータコントローラ52は移載相手の天井走行車(OHS)の位置及び速度を、移載台車側に通知する。移載台車はこのデータに基づいて天井走行車との相対速度を小さくすると共に、相対位置を制御し、相対位置センサの信号で正確な位置合わせと等速化とを行って、物品を移載する。
図6,図7に、天井走行車から移載台車へ物品を移載する際のアルゴリズムを示す。移載を行う位置が近づくと天井走行車が減速すると共に、移載台車が加速し、天井走行車の速度パターンは移載台車にとって既知である。昇降台を昇降させても、チャックを動作させない限り、天井走行車上の物品と干渉しないので、天井走行車と移載台車が等速になる前に、昇降台を下降させる。ついで移載台車のセンサにより相対速度と相対位置を監視し、走行速度を等しくし、かつチャックを係合部に位置合わせすると、昇降台を微速で上昇させ、物品を移載する。走行速度を等しくするのは、物品を移載する際に、天井走行車と移載台車との相対速度により衝撃を加えないようにするためで、等速とは例えば速度差が30mm/sec以下、好ましくは10mm/sec以下、より好ましくは3mm/sec以下であることを意味し、実施例では1mm/sec以下とする。また等速で走行することが必要なのは、昇降台を微速で上昇させ、物品の支持を天井走行車から移載台車に切り替える期間である。
物品を移載すると、昇降台に加わる力が変化するが、これによって昇降台が振動しないように、前記のピンあるいはパンタグラフなどで昇降台の振動を防止する。移載が完了したことを、昇降台のチャックに設けた図示しない荷重センサなどにより検出し、昇降台の上昇速度を増すと共に、移載台車からリニアモータコントローラ52へ移載の完了を通知する。これによって天井走行車は増速し、移載台車は昇降台の上昇が完了するのを待って減速を開始し、物品を荷下ろしするバッファあるいはロードポートまで走行し停止する。なお移載台車から天井走行車へ物品を移載する場合、両者をほぼ等速にした後に、昇降台を下降させながら移載台車と天井走行車を位置合わせすると共に速度を揃える。速度が揃い、位置合わせができると、昇降台を僅かに下降させて、物品の支持を移載台車から天井走行車へ切り替える。移載が完了したことを加重センサで検出すると、天井走行車は再加速し、移載台車はチャックを開くと共に昇降台をさらに下降させて、物品との干渉を回避し、次いで昇降台の上昇と減速とを開始する。
図2に戻り、バッファ7と移載台車20との間では、横移動ユニット26により昇降駆動部28などを横移動させ、物品を移載する。またバッファ7とロードポート10間の物品の移載でも、横移動ユニット26により昇降駆動部28などを横移動させ、昇降駆動部28により昇降台30を昇降させて移載する。なお図2の29は、横移動ユニット26のトップ部で、左右方向に最も大きく移動する部分である。バッファ7及びロードポート10との移載では、移載台車20は走行せずに停止している。
移載台車システム4の走行レール18は、天井走行車システム2のリニアモータレール12と平行にその上部に設け、バッファシステム6とロードポート10とを走行レール18の左右に設ける。また複数の処理装置8に対して、1本の走行レール18を割り当て、好ましくは複数台の移載台車20を1本の走行レール18により走行させ、複数の処理装置8に対して物品の供給と搬出を行う。このようにすると、作業が集中している処理装置に対し、複数台の移載台車20を用いて、集中的に物品の供給と搬出とができる。
実施例では以下の作用効果が得られる。
(1) 天井走行車14は停止せずに物品の移載ができる。この時、天井走行車14は減速するが、停止する場合に比べれば、後続の天井走行車に対して走行路を塞ぐ時間が短く、渋滞を起こしにくい。なお天井走行車14を減速せずに、移載台車20を天井走行車14の通常速度まで加速して移載させてもよいが、物品の移載が難しくなる。
(2) ロードポート10に対する物品16の供給と搬出は移載台車20が行い、バッファシステム6を用いて物品の一時保管ができる。
(3) 天井走行車14では支持ユニット41が上にあり、移載台車20では昇降台が30が下向きに配置されている。このため、天井走行車14と移載台車20とが干渉せずに、移載を行える。なお昇降台30は、チャック32ではなく、電磁石による吸着などでも係合部34を保持できる。
(4) 移載台車20が僅かなストロークで昇降台30を昇降させると、天井走行車14と物品を移載でき、等速走行が必要な時間は例えば0.1秒のオーダーである。天井走行車14は停止する必要がないので、加減速の時間は例えば減速と加速とに各1秒以下である。1例として、天井走行車14の速度を5m/sec、加速度を2.5m/sec,移載時の速度を3m/sec、等速走行時間を0.1秒とすると、後続の天井走行車が減速せずに移載するための車間距離は1.8mである。また移載時の速度を4m/secとすると、必要な車間距離は0.5mである。同じ条件で、天井走行車14が1秒間停止して移載すると、後続の天井走行車が減速しないためには、15mの車間距離が必要になる。
(5) 移載時に物品が受ける風圧は、速度の2乗〜3乗に比例する。また移載台車20が加減速を行うためのストロークは、速度の2乗に比例する。従って天井走行車14が減速する方が、移載台車20が天井走行車14の通常走行速度まで加速するよりも有利である。
(6) 天井走行車14は移載機構を必要としないので、地上1次のリニアモータで容易に制御できる。このため多数台の天井走行車14を短い車間距離で集中制御でき、移載台車20との等速走行も容易である。
図1〜図7の実施例では、昇降台30が物品16を保持したままで、リニアモータレール12の上部を通過する際に、天井走行車14の走行を妨げる。このような問題を解決するための実施例を図8〜図11に示し、これらの実施例でのバッファシステムの配置を、図2でのバッファシステム6の配置と併用してもよい。図8ではバッファシステム6を処理装置8の上部に設け、移載台車システム4の直下にロードポート10があり、天井走行車システム2は移載台車システム4の側方でバッファシステム6の反対側にある。また移載台車は、横移動ユニット26を利用して天井走行車14との間で物品を移載する。他の点では図1〜図7の実施例と同様で、図8の実施例では処理装置8の上部の空きスペースをバッファシステム6の設置に利用できる。
図9の実施例でも、横移動ユニット26を利用して天井走行車14との間で物品を移載し、ロードポート10,10間のスペースを利用して、移載台車システム4の下方にバッファシステム86を設ける。なお87はバッファシステム86の支柱で、天井走行車システム2等を用いてバッファシステム86を支持してもよい。
図10,図11の実施例では、リニアモータレール12の下部スペースにバッファシステム96を設け、97はその支柱である。図10,図11の実施例では、移載台車の回動ユニット27の下部に昇降駆動部を設けて、横移動ユニット26を昇降させ、横移動ユニット26のトップ部29に昇降台30を設ける。ここで、吊持材31を大きく繰り出した状態でバッファシステム96との間で物品16を移載すると、横移動ユニット26が走行方向の左右に傾斜する恐れがある。そこで昇降駆動部28等に、例えば前後一対のガイド90を下向きに取り付け、横移動ユニット26には被ガイド体92を設けて、ガイド90でガイドしながら昇降する。なおロードポート10との間の移載ではガイド90は不要なので、ガイド90はロードポート10よりも高い位置で終わり、横移動ユニット側の被ガイド体92はガイド90の下端を通過自在である。
2 天井走行車システム
4 移載台車システム
6 バッファシステム
7 バッファ
8 処理装置
10 ロードポート
12 リニアモータレール
14 天井走行車
16 物品
18 走行レール
20 移載台車
22 走行面
23 給電部
24 走行ユニット
25 受電ユニット
26 横移動ユニット
27 回動ユニット
28 昇降駆動部
29 トップ部
30 昇降台
31 吊持材
32 チャック
33 相対位置センサ
34 係合部
35 ピン
36 ピン孔
38 パンタグラフ
40 走行ユニット
41 支持ユニット
42 マーク
44,45 支柱
50 搬送コントローラ
52 リニアモータコントローラ
53 リニアモータ
54 機上コントローラ
55 走行モータ
86 バッファシステム
87 支柱
90 ガイド
92 被ガイド体
96 バッファシステム
97 支柱

Claims (4)

  1. 地上側に設けられたステーションと、天井側に設けられた天井走行車システムとの間で、物品を移載するために、
    前記天井走行車システムに、物品の底部を支持して走行する天井走行車と、該天井走行車の底部側に設けた走行レールとを設けると共に、
    物品を上方から解放自在に保持することにより、前記天井走行車との間で物品を移載すると共に、物品を天井走行車の上部と前記走行レールの側方のステーションの上部との間で移動させ、かつ前記ステーションとの間で物品を昇降させて移載する移載台車を設けて、前記移載台車を天井走行車の走行レールに平行に、天井走行車と等速で走行させることにより、天井走行車を停止させずに、移載台車と天井走行車との間で物品を移載するようにした天井搬送システム。
  2. 前記移載台車は、物品を上方から保持する昇降台と、昇降台を昇降させる昇降駆動部と、昇降駆動部を前記走行レールの上方とステーションの上方との間で横移動させる横送り部とを備えていることを特徴とする、請求項1の天井搬送システム。
  3. 前記天井走行車の上面にマークを設け、前記移載台車に天井走行車のマークを読み取る相対位置センサを設けることにより、移載台車と天井走行車との間で物品を移載する際に、天井走行車と移載台車との位置合わせを行うと共に、天井走行車と移載台車との相対速度が所定の範囲内であることを検出するようにしたことを特徴とする、請求項1または2の天井搬送システム。
  4. 地上側に設けられたステーションと、天井側に設けられた天井走行車システムとの間で、物品を移載するために、
    前記天井走行車システムの天井走行車を、物品の底部を支持して走行レールに沿って走行させるためのステップと、
    移載台車を天井走行車の走行レールに平行に、天井走行車と等速で走行させると共に、移載台車により天井走行車の上方から物品を保持及び解放することにより、天井走行車を停止させずに、移載台車と天井走行車との間で物品を移載するためのステップと、
    前記移載台車により、物品を天井走行車の上部と前記走行レールの側方のステーションの上部との間で移動させるためのステップと、
    前記移載台車により物品を昇降させて、前記ステーションとの間で物品を移載するためのステップ、とを行う、天井搬送システムでの物品の移載方法。
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