JP4970128B2

JP4970128B2 - 産業用ロボット及び集合処理装置

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Publication number: JP4970128B2
Application number: JP2007118409A
Authority: JP
Inventors: 隆之矢澤; 章子山田
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
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Filing date: 2007-04-27
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Description

本発明は、産業用ロボット及び集合処理装置に関し、更に詳しくは、例えば半導体製造装置等の集合処理装置内でのワークの搬送時間等を短縮することができる産業用ロボット及びその産業用ロボットを備えた集合処理装置に関する。

半導体デバイスの製造システムにおいては、半導体デバイスを製造するためのシステムにワーク搬送ロボットを組み込んだシステムが用いられている。こうした製造システムは、減圧雰囲気下で処理する複数のプロセスチャンバを有している。また、トランスファチャンバ内に設置されたワーク搬送ロボットは、複数のプロセスチャンバの中の所定のプロセスチャンバに対し、半導体ウエハの出し入れ（以下、搬入／搬出ともいう。）を行うように動作する。このとき、半導体ウエハを各プロセスチャンバに搬入／搬出する毎にプロセスチャンバ内を常圧に戻すとすると、再びプロセスチャンバ内を減圧して処理を開始するまでに多くの時間を要し、スループットの低下を招くことになるので、近年の製造システムは、一般的に、各プロセスチャンバに半導体ウエハを搬入／搬出するワーク搬送ロボットを含むトランスファチャンバ空間を予備減圧室（ロードロック室）とした製造システムが採用されている。こうした製造システムにより、プロセスチャンバ内を常圧にまで戻すことなく半導体ウエハを搬入／搬出できるので、スループットの向上を図って搬送効率を向上させている。

こうした製造システムに用いられるワーク搬送ロボットとしては、搬送効率の向上や動作時間を短縮させることを目的とした搬送ロボットが種々提案されている。

例えば特許文献１中の図１６には、図中の符号を用いて説明すれば、対となる両ボス部材５０ａ，５０ｂが互いに逆方向に回転することにより、一方のロボットリンク機構Ｂ_２が突出動作し、他方のロボットリンク機構Ｂ_１が没入動作するハンドリング用ロボットＡ_２が提案されている。このハンドリング用ロボットＡ_２は、一方のロボットリンク機構Ｂ_２の突出動作により、搬送台８ａ，８ｂがトランスファチャンバよりゲート６を通ってプロセスチャンバ内に入り、搬送台８ａ，８ｂ上に載置したワークをプロセスチャンバ内に受け渡し、あるいはプロセスチャンバ内にあるワークを受け取る。また、没入動作により、搬送台８ａ，８ｂがプロセスチャンバからトランスファチャンバ側へ戻る。

しかしながら、上記ハンドリング用ロボットＡ_２はリンク機構により構成されているので、２つの搬送台８ａ，８ｂはそれぞれ独立した動作を行うことができない。さらに、ボス部材５０ａ，５０ｂが上下に位置し、２つの搬送台８ａ，８ｂも上下に配置されているので、プロセスチャンバ内のワークを一方の搬送台８ａで搬出した後に他方の搬送台８ｂで別のワークを搬入する場合、ハンドリング用ロボットＡ_２を上下方向に移動させて搬送台８ｂの上下方向の座標位置をプロセスチャンバの座標位置と一致させなければならない。

また、例えば特許文献１中の図３には、図中の符号を用いて説明すれば、回転中心に対して同長の２本のアーム７ａ，７ｂがそれぞれ回転可能に設けられたフロッグレッグ式の双腕型のハンドリング用ロボットＡ_１が提案されている。このロボットＡ_１は、同一形状の２つの搬送台８ａ，８ｂを回転中心に対して両側に位置して有しており、この各搬送台８ａ，８ｂの基部に、同長の２本のリンク９ａ，９ｂの一端が連結されている。この両リンク９ａ，９ｂの一端は搬送台８ａ，８ｂに対してフロッグレッグ式の搬送台姿勢規制機構を介して連結されており、両リンク９ａ，９ｂは各搬送台８ａ，８ｂに対して完全に対称方向に回転するようになっている。そして、各搬送台８ａ，８ｂに連結した２本のリンクのうちの一方のリンクは一方のアーム７ａに連結され、他方のリンクは他方のアーム７ｂに連結されている。

このハンドリング用ロボットＡ_１が備える各搬送台８ａ，８ｂは上下方向の座標位置が同じであるため、プロセスチャンバ内のワークを一方の搬送台８ａで搬出した後に他方の搬送台８ｂで別のワークを搬入する場合、ハンドリング用ロボットＡ_１を上下方向に移動させる必要はない。しかしながら、各搬送台８ａ，８ｂを動作させるアーム７ａ，７ｂはリンク９ａ，９ｂで連結しているので、各アームを独立に動作させることはできない構造となっている。

また、例えば特許文献２中の図２及び図４Ａには、図中の符号を用いて説明すれば、可動アームアセンブリ１８と、２つの基板ホルダ２２，２３と、同軸駆動軸アセンブリ２０とを有する基板移送装置１２が提案されている。この基板移送装置１２において、可動アームアセンブリ１８は、ほぼＸ字形の同軸駆動軸アセンブリ２０を有し、また、基板ホルダ２２，２３は、Ｘ字形部材２８の異なる対のアーム部３０，３１，３２，３３に接続され、また、同軸駆動軸アセンブリ２０は、伸張位置と収縮位置と間の反転一斉運動で、基板ホルダ２２，２３のアーム部３０，３１，３２，３３を動かすように構成されている。

しかしながら、この基板移送装置１２は、上記特許文献１中の図１６に記載のハンドリング用ロボットＡ_２と同様、リンク機構により構成されているので、２つの基板ホルダ２２，２３はそれぞれ独立した動作を行うことができない。さらに、基板ホルダ２２，２３が上下に配置されているので、例えばプロセスチャンバ内のワークを一方の基板ホルダ２３で搬出した後に他方の基板ホルダ２２で別のワークを搬入する場合、同軸駆動軸アセンブリ２０全体を上下方向に移動させて基板ホルダ２２，２３の上下方向の座標位置をプロセスチャンバの座標位置と一致させなければならない。
特開平１１−２０７６６６号公報特開平１１−５１４３０３号公報

上記特許文献１，２に記載のロボットは、ダブルアームを駆動させることによってスループットの向上を図っているが、その駆動はいずれもリンク機構となっており、一方のアームがワークを搬入／搬出している間、他方のアームは後方で待機状態となっていることから、搬送時間短縮の観点からは不十分である。

また、上記特許文献１，２においては、ワークを載置する搬送台（ハンド部材）の座標位置が上下方向にずれているものが記載されているが、こうしたずれは、上記のように、プロセスチャンバ内のワークを一方の搬送台で搬出した後に他方の搬送台で別のワークを搬入する場合、搬送台の駆動軸等を上下方向に大きく移動させて搬送台の上下方向の座標位置をプロセスチャンバの座標位置と一致させるという動作を加えなければならず、動作機構が煩雑となり、搬送時間短縮の観点からは不十分である。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、各アームを独立して動作させるとともに、各アームの上下方向の座標位置を同じにして、ワークの搬送時間等を短縮することができる産業用ロボットを提供することにある。また、本発明の他の目的は、そうした産業用ロボットを備えた集合処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の産業用ロボットは、基台部側からアーム部及びハンド部の順で連結され、当該ハンド部を所定方向に向けながら伸縮自在に動作するアームを２つ以上有する産業用ロボットであって、前記アームそれぞれは、アーム伸縮軸を回動中心として前記アームを伸縮させるアーム伸縮用駆動源と、アーム旋回軸を回動中心として前記アームを旋回させるアーム旋回用駆動源と、前記ハンド部の上下方向の座標位置をほぼ同じにする連結部材と、前記アーム伸縮用駆動源の駆動力を前記アーム旋回軸に伝達する伝達手段とを備え、該伝達手段は、前記アーム伸縮用駆動源が有するＡプーリと、前記アーム旋回用駆動源が有するＢプーリと、当該Ａプーリと当該Ｂプーリとの間に掛けられた連結ベルトと、前記Ｂプーリと同軸回転するように設けられたＣプーリと、前記アーム旋回軸に設けられたＤプーリと、当該Ｃプーリと当該Ｄプーリとの間に設けられた伝動ベルトと、で構成される、ことを特徴とする。

この発明によれば、アームそれぞれが、アーム伸縮軸を回動中心としてアームを伸縮させるアーム伸縮用駆動源と、アーム旋回軸を回動中心としてアームを旋回させるアーム旋回用駆動源とを備えるので、それぞれのアームが、その伸縮と旋回を独自に行うことができる。また、この発明によれば、ハンド部の上下方向の座標位置をほぼ同じにする連結部材を備えるので、それぞれのアームが、例えばプロセスチャンバ内のワークの搬出と搬入を駆動軸等の大きな上下移動をさせずに行うことができる。したがって、本発明によれば、ワークの搬送時間やサイクルタイム等を短縮でき、作業性を高めることができる。また、アーム伸縮用駆動源の駆動力をアーム旋回軸に伝達する伝達手段を備えるので、アームの伸縮動作を、アーム旋回用駆動源を動作させることなく行うことができる。その結果、アーム伸縮用駆動源によってアーム伸縮軸の回転を制御することで、アームの伸縮動作を制御できる。

本発明の産業用ロボットの好ましい態様は、前記アームのうちの１つのアームを動作させるアーム伸縮軸が中実軸であり、それ以外の軸である前記アーム旋回軸及び他のアームのアーム伸縮軸が前記中実軸と同心になるように設けられた中空軸であるように構成する。

この発明によれば、アーム伸縮軸とアーム旋回軸とが同心となるように構成されるので、一つの同心軸を有するコンパクトな構造となるとともに、例えば減圧環境下に設置した際の密封性を高めることができる。

本発明の産業用ロボットの好ましい態様は、前記アーム部と前記ハンド部は、前記基台部側から、第１アーム部材、第２アーム部材及びハンド部材の順で連結され、前記第１アーム部材は、前記基台部側にあって前記アーム伸縮軸に連結する第１プーリと、前記第２アーム部材側にあって当該第２アーム部材に連結する第２プーリと、当該第１プーリ及び当該第２プーリ間に掛かる第１ベルトとを有し、前記第２アーム部材は、前記第２プーリと同心となるように設けられた第３プーリと、前記ハンド部材側にあって当該ハンド部材に連結する第４プーリと、当該第３プーリ及び当該第４プーリ間に掛かる第２ベルトとを有するように構成する。

この発明によれば、アーム伸縮軸を回転させることにより、ハンド部を所定方向に向けながら伸縮自在に動作させることができ、アーム旋回軸を回転させることによりアームを所定方向に旋回させることができる。

上記課題を解決するための本発明の集合処理装置は、上記本発明の産業用ロボットと、当該産業用ロボットが設置されるトランスファチャンバと、当該トランスファチャンバの周囲に配置され、前記産業用ロボットが備える２つ以上のアームによってワークの搬入／搬出が行われる複数のプロセスチャンバと、を備えることを特徴とする。なお、「集合」とは、プロセス装置が多く、そうしたプロセス装置をプロセスチャンバとしてトランスファチャンバの周りに配置した状態を示す。

この発明によれば、産業用ロボットが備える２つ以上のアームは、それぞれがアーム伸縮用駆動源とアーム旋回用駆動源とを備えて独立に動作し、それぞれが備えるハンド部に載置されるワークの高さがほぼ同じであるように構成されているので、トランスファチャンバの周囲に配置されたプロセスチャンバに対するワークの搬入／搬出等の時間を短縮することができる。

本発明の産業用ロボットによれば、それぞれのアームが、その伸縮と旋回を独自に行うことができるとともに例えばプロセスチャンバ内のワークの搬出と搬入を駆動軸等の大きな上下移動をさせることなく行うことができるので、ワークの搬送時間やサイクルタイム等を短縮でき、作業性を高めることができる。さらに、本発明の産業用ロボットによれば、それぞれのアームの旋回と伸縮は、アーム旋回軸とアーム伸縮軸それぞれを個別に回転させて行うことができるので、制御する軸数が少なく、コストメリットのある装置構造となっている。

また、本発明の集合処理装置によれば、トランスファチャンバの周囲に配置されたプロセスチャンバに対するワークの搬入／搬出等の時間を短縮することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。なお、本発明の産業用ロボット及び集合処理装置は、その技術的特徴を有する範囲において、以下の説明及び図面に限定されない。

図１は、本発明の産業用ロボットの一例を示す透視正面図である。本発明の産業用ロボット（以下、「ロボット１」という。）は、図１に示すように、基台部１００側からアーム部１１及びハンド部１２の順で連結され、そのハンド部１２を所定方向に向けながら伸縮自在に動作するアーム１０を２つ以上有する産業用ロボットである。

図１には２つのアーム１０Ａ，１０Ｂを有するロボット１が例示されており、アーム１０Ａ，１０Ｂそれぞれは、アーム伸縮軸２Ａ，２Ｂを回動中心としてアーム１０Ａ，１０Ｂを伸縮させるアーム伸縮用駆動源４Ａ，４Ｂと、アーム旋回軸３Ａ，３Ｂを回動中心としてアーム１０Ａ，１０Ｂを旋回させるアーム旋回用駆動源５Ａ，５Ｂと、ハンド部１２の上下方向の座標位置Ｐ１，Ｐ２をほぼ同じにする連結部材と、を備えている。そして、２つのアーム１０Ａ，１０Ｂのうちの１つのアーム１０Ａを動作させるアーム伸縮軸２Ａが中実軸であり、それ以外の軸であるアーム旋回軸３Ａ，３Ｂ及び他のアーム１０Ｂのアーム伸縮軸２Ｂが前記の中実軸と同心になるように設けられた中空軸であるように構成されている。

なお、本願の説明及び図中の符号において、数字符号に続く「Ａ」「Ｂ」の符号は、そうした２つのアーム１０Ａ，１０Ｂに対応した構成要素であることを表している。本願発明の各構成要素について、それぞれのアーム１０Ａ，１０Ｂに対応して説明するときは数字の後に「Ａ」「Ｂ」を付すが、それぞれのアーム１０Ａ，１０Ｂに対応しないで説明するときは数字の後に「Ａ」「Ｂ」を付さないこととする。以下、本発明の産業用ロボット１を、構成要素ごとに詳しく説明する。

（アーム）
先ず、アーム１０（１０Ａ，１０Ｂ）について説明する。図２は、図１に示す２つのアームのうちの１つのアームを構成する第１アーム部材の内部構造を示す透視平面図（Ａ）及びＢ−Ｂ断面図（Ｂ）であり、図３は、図１に示す２つのアームのうちの１つのアームを構成する第２アーム部材の内部構造を示す透視平面図（Ａ）及びＣ−Ｃ断面図（Ｃ）である。本発明に係るロボット１は、２以上のアーム１０を有している。それぞれのアーム１０は、基台部１００側からアーム部１１及びハンド部１２の順で連結され、ハンド部１２を所定方向に向けながら伸縮自在に動作する。アーム部１１とハンド部１２は、基台部１００側から、第１アーム部材２０、第２アーム部材３０及びハンド部材４０の順で連結されて構成されている。

アーム部１１を構成する第１アーム部材２０は、基台部１００側にあってアーム伸縮軸２に連結する第１プーリ２１と、第２アーム部材３０側にあって第２アーム部材３０に連結する第２プーリ２２と、第１プーリ２１及び第２プーリ２２間に掛かる第１ベルト２３とを有している。また、アーム部１１を構成する第２アーム部材３０は、第２プーリ２２と同心となるように設けられた第３プーリ３１と、ハンド部材４０側にあってハンド部材４０に連結する第４プーリ３２と、第３プーリ３１及び第４プーリ３２間に掛かる第２ベルト３３とを有している。また、ハンド部１２を構成するハンド部材４０は、図１中に平面図として示したが、ウエハ等のワークを搭載して搬送するための搭載部４１を有する部材である。アーム部１１とハンド部１２のこうした構成により、２つのアーム１０Ａ，１０Ｂそれぞれは、アーム伸縮用駆動源４Ａ，４Ｂとアーム旋回用駆動源５Ａ，５Ｂとを備えて独立に動作することができるので、後述するように、トランスファチャンバの周囲に配置されたプロセスチャンバに対するワークの搬入／搬出等の時間を短縮することができる。

図１に示す例では、それぞれのアーム１０Ａ，１０Ｂは、例えば、一方のアーム１０Ａが有する第１アーム部材２０Ａが、他方のアーム１０Ｂが有する第１アーム部材２０Ｂの上に重なるように設けられている。そして、それぞれの第１アーム部材２０Ａ，２０Ｂに第２アーム部材３０Ａ，３０Ｂ及びハンド部材４０Ａ，４０Ｂが連結してアーム１０Ａ，１０Ｂを構成している。

図７は、ハンド部の上下方向の座標位置を同じにする連結部材の透視正面図であるが、アーム１０Ｂを構成する第１アーム部材２０Ｂと第２アーム部材３０Ｂとは、図示のように、連結部材２８で連結されている。この連結部材２８は、両アーム１０Ａ，１０Ｂが備えるハンド部１２Ａ，１２Ｂの上下方向の座標位置Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂをほぼ同じにするように、上下方向に延びる連結部材２８の高さｈが調整されている。この連結部材２８によって、図１等に示すように、第１アーム部材２０Ｂが第１アーム部材２０Ａの下に配置されても、ハンド部１２Ａ，１２Ｂの上下方向の座標位置Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂを同じにすることができる。こうしたことは、例えばプロセスチャンバ内のワークの搬出と搬入を、それぞれのアーム１０Ａ，１０Ｂの駆動軸を大きく上下動させずに行うことができるので、ワークの搬送時間やサイクルタイム等を著しく短縮でき、作業性を格段に向上させることができる。

各アーム１０Ａ，１０Ｂについて以下に詳しく説明するが、本発明が以下の内容に限定されるものではない。

第１アーム部材２０及び第２アーム部材３０において、ベルトの材質は特に限定されず、スチールベルトでも、クロロプレンベルト、ニトリルゴムベルト、ウレタンゴムベルト等のゴムベルトでもよく、スチールベルトとゴムベルトとを組み合わせたハイブリッドベルトであっても構わない。本発明のロボット１が減圧雰囲気で用いられる場合には、ガスや粉塵の発生の少ないベルトが好ましく適用され、例えばフッ素ゴムベルト等を挙げることができる。また、ベルト形状についても、平ベルトでも、歯付きベルトでも、平ベルトと歯付きベルトとを組み合わせたハイブリッドベルトでもよい。各プーリの形状は、用いるベルトの種類に応じて選択され、平ベルトの場合は平プーリが用いられ、歯付きベルトの場合は歯付きプーリが用いられる。

第１プーリ２１と第２プーリ２２との間に掛けられた第１ベルト２３を適当な張力にするために、図２に示すように、第１ベルト２３を背面から押さえるアイドラプーリ２６を設けてもよい。アイドラプーリ２６は、微調整可能な機構で設けられており、このアイドラプーリ２６により、第１ベルト２３の張力を調整すると共に、第１プーリ２１と第１ベルト２３との間の接触角度をより大きくすることができる。

なお、図３に示す第２ベルト３３は、歯付きベルト３６（タイミングベルト）と、スチール製の平ベルト３７とを組み合わせたハイブリッドベルトであり、両ベルトは連結部４３で繋がれている。連結部４３には、張力調整できる機構を一方又は両方に有していることが好ましい。なお、本願では、連結部の詳細及びハイブリッドベルトの詳細については割愛するが、ハイブリッドベルトに装着された連結部は、両側のプーリに接触しない位置までしか回動しないようになっている。

また、第１アーム部材２０及び第２アーム部材３０の内部には、図２及び図３に示すようなリブ２５，３５が設けられていてもよい。リブ２５，３５は、各アームの剛性を高めて変形を抑えるように作用するので、アームの肉厚を薄くして軽量化を図ることができる点で有利である。なお、リブ２５，３５には、第１アーム部材２０の基端部に通じる抜き穴２９，３９を形成することが好ましい。この抜き穴２９，３９は、第１アーム部材２０内の空気と第２アーム部材３０内の空気を第１アーム部材２０の基端部から外部に抜くための通路をなしており、ロボット１が減圧雰囲気に曝されると、第２アーム部材３０内の空気は抜き穴３９を通って第２アーム部材３０の基端部から第１アーム部材２０内に入り、さらに第１アーム部材２０内の抜き穴２９を通って第１アーム部材２０の基端部から外部に容易に抜かれることになる。なお、第１アーム部材２０の基端部とは、基台部１００側のことであり、本願においては、アーム１０を駆動させる基台部の軸上の部位である。その基端部には、アーム１０内の空気を外部に逃がす開口部が設けられ、その開口部には、アーム内で発生した粉塵等を減圧雰囲気に逃がさないためのフィルター１９が装着されている。

各プーリの径比については、第１プーリ２１の径Ｒ１と第２プーリ２２の径Ｒ２とはＲ１：Ｒ２＝２：１の関係であり、第３プーリ３１の径Ｒ３と第４プーリ３２の径Ｒ４とはＲ３：Ｒ４＝１：２の関係となっている。したがって、第１プーリ２１、第２プーリ２２（第３プーリ３１）及び第４プーリ３２の回転角比は１：２：１となるので、第１プーリ２１と第２プーリ２２（第３プーリ３１）と第４プーリ３２との回転角度比は、１：２：１となる。その結果、後述の図８に示すように、第１プーリ２１を回動させて図８（Ａ）の状態から図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）の状態に変化させると、第１アーム部材２０と第２アーム部材３０との角度が変化するが、ハンド部材４０は、第１アーム部材２０の第１プーリ２１の中心点Ｐと第２アーム部材３０の第４プーリ３２の中心点Ｒとを結んだ直線（仮想線Ｘ）上を、向きを一定にしながら伸縮するように移動することとなる。

本発明においては、アーム伸縮用駆動源４によってアーム伸縮軸２を回転させることにより、ハンド部４０を所定方向に向けた状態下で、第１アーム部材２０と第２アーム部材３０とハンド部４０とからなるアーム１０の伸縮動作が行われる。他方、アーム旋回用駆動源５によってアーム旋回軸３を回転させることにより、第１アーム部材２０を旋回し、アーム１０全体の旋回動作が行われる。なお、こうした伸縮動作及び旋回動作については後で詳述する。

（基台部）
次に、基台部１００について説明する。図４は、図１に示す基台部１００の透視断面の拡大図である。基台部１００は、図４に示すように、アーム１０Ａの伸縮動作を行うアーム伸縮軸２Ａと、アーム１０Ａの旋回動作を行うアーム旋回軸３Ａと、アーム１０Ｂの伸縮動作を行うアーム伸縮軸２Ｂと、アーム１０Ｂの旋回動作を行うアーム旋回軸３Ｂとを備えている。そして、各アーム１０Ａ，１０Ｂは、図１及び図５に示すアーム伸縮用駆動源４Ａ，４Ｂによってアーム伸縮軸２Ａ，２Ｂを回動中心として伸縮し、また、アーム旋回用駆動源５Ａ，５Ｂによってアーム旋回軸３Ａ，３Ｂを回動中心として旋回するように動作する。本発明においては、アームの伸縮と旋回それぞれについての軸と駆動源を有するので、各アームの旋回と伸縮を独自に行うことができるという効果がある。

各軸２Ａ，３Ａ，２Ｂ，３Ｂは、アームのうちの１つのアームを動作させるアーム伸縮軸を中実軸とし、それ以外の軸であるアーム旋回軸及び他のアームのアーム伸縮軸を前記の中実軸と同心になるように設けた中空軸とするように構成することが好ましい。例えば、図４に示すように、アーム伸縮軸２Ａを最も中心側に位置する中実軸とし、その中実軸を内部に備えるように３つの中空軸が軸心を同じにするように順次配置されている。具体的には、中心側から、中実軸からなるアーム伸縮軸２Ａ、中空軸からなるアーム旋回軸３Ａ、中空軸からなるアーム伸縮軸２Ｂ、中空軸からなるアーム旋回軸３Ｂの順で配置されている。こうした構成にすることにより、アームの駆動部分の構造を、軸心を同じくするコンパクトな構造にすることができるとともに、例えば図４に示すように、各軸２Ａ，３Ａ，２Ｂ，３Ｂの間を磁気シール７とベアリング６等を適用した封止構造にし易いので減圧環境下に設置した際の密封性を高めることができる。

また、本実施の形態において、各軸２Ａ，３Ａ，２Ｂ，３Ｂの間には、複数のベアリング６が軸端部側に配置され、できるだけ間隔をあけることで安定して支持するようにしている。さらに、ベアリング６間には、磁気シール７が配置されているが、磁気シール７の位置は外部側（図１及び図４の例ではベアリング間の下側）となっている。その理由は、ベルトには初期張力を作用させ、そのラジアル力による軸の変形を磁気シール７位置で押さえるため、磁気シール７の上部にベアリング６を２個配置するようにしている。

各軸２Ａ，３Ａ，２Ｂ，３Ｂには、それぞれプーリが設けられ、例えば、アーム伸縮軸２Ａにはプーリ５４Ａが設けられ、アーム旋回軸３Ａにはプーリ６４Ａが設けられ、アーム伸縮軸２Ｂにはプーリ５４Ｂが設けられ、アーム旋回軸３Ｂにはプーリ６４Ｂが設けられている。これらの各プーリは、図示のように同一径であることが好ましいが、異なる径であっても構わない。

図５は、図１に示すアーム伸縮用駆動源とアーム旋回用駆動源の構成を示す断面図である。アーム伸縮軸２Ａは、アーム伸縮用駆動源４Ａからの駆動力によって回動する。アーム伸縮用駆動源４Ａからの駆動力は、図４及び図５に示すように、アーム伸縮用駆動源４Ａに設けられたプーリ５２Ａと、アーム伸縮軸２Ａに設けられたプーリ５４Ａと、それらのプーリ５２Ａ，５４Ａ間に掛けられたベルト５３Ａとで構成される伝達手段によって、アーム伸縮軸２Ａに伝達する。伝達された駆動力は、アーム伸縮軸２Ａを回転させ、そのアーム伸縮軸２Ａの上端に設けられたプーリ２１Ａを回転させる。このプーリ２１Ａの回転は、上記のアーム説明欄で説明したように、第１アーム部材２０と第２アーム部材３０とハンド部４０とからなるアーム１０の伸縮動作を行わせる。なお、こうした伸縮動作は、他方のアーム１０Ｂに対しても、アーム伸縮軸２Ｂが中空軸であること以外は同様である。

アーム旋回軸３Ａは、アーム旋回用駆動源５Ａからの駆動力によって回動する。アーム旋回用駆動源５Ａからの駆動力は、図４及び図５に示すように、アーム旋回用駆動源５Ａに設けられたプーリ６２Ａと、アーム旋回軸３Ａに設けられたプーリ６４Ａと、それらのプーリ６２Ａ，６４Ａ間に掛けられたベルト６３Ａとで構成される伝達手段によって、アーム旋回軸３Ａに伝達する。伝達された駆動力は、アーム旋回軸３Ａを回転させ、そのアーム旋回軸３Ａの上端に設けられた第１アーム部材２０Ａを回転させる。この第１アーム部材２０Ａの回転によって、アーム１０Ａ全体が旋回する。

このように、アーム１０は、アーム伸縮軸２を回動させることによりアームが伸縮し、アーム旋回軸３を回動させることによりアーム全体が旋回するが、アーム旋回軸３を回動させずにアーム伸縮軸２を回動させるだけでは、第１アーム部材２０のプーリ２１が回転するだけであるため、図８に示すようなハンド部材４０の向きを一定にしながら伸縮させることはできない。そのため、図８に示す動作を行うように、アーム伸縮軸２を回動させるのと同時にアーム旋回軸３も回動させるように制御することによって、ハンド部材４０の向きを一定にしながら伸縮させる。

本発明のロボット１は、こうした制御を図５に示すように機械的に実現した点にも特徴がある。すなわち、本発明の好ましい態様として、図５に示すように、アーム伸縮用駆動源４Ａの駆動力をアーム旋回軸３Ａに伝達する伝達手段を備えるように構成する。より詳しくは、伝達手段は、図４及び図５に示すように、アーム伸縮用駆動源４Ａが有するプーリ５２Ａ’（Ａプーリともいう。）と、アーム旋回用駆動源５Ａが有するプーリ６２Ａ’（Ｂプーリともいう。）と、プーリ５２Ａ’（Ａプーリ）とプーリ６２Ａ’（Ｂプーリ）との間に掛けられた連結ベルト５３Ａ’と、プーリ６２Ａ’（Ｂプーリ）と隣接して設けられたプーリ６２Ａ（Ｃプーリともいう。）と、アーム旋回軸３Ａに設けられたプーリ６４Ａ（Ｄプーリともいう。）と、プーリ６２Ａ（Ｃプーリ）とプーリ６４Ａ（Ｄプーリ）との間に設けられた伝動ベルト６３Ａとで構成される。

本発明のロボット１が上述した伝達手段を備えることにより、アーム伸縮用駆動源４Ａの駆動力をアーム旋回軸３Ａに伝達することができるので、アーム１０の伸縮動作を、アーム旋回用駆動源５Ａを動作させることなく行うことができる。その結果、アーム伸縮用駆動源４Ａによってアーム伸縮軸２Ａの回転を制御することで、同時にアーム旋回軸３の回転制御も行うことができ、ハンド部を所定方向に向けながらアームの伸縮動作を制御できる。

上記伝達手段において、アーム伸縮用駆動源４Ａに設けられたプーリ５２Ａとプーリ５２Ａ’（Ａプーリ）は、図５に示すように、同一径で上下に配置されている。また、アーム旋回用駆動源５Ａに設けられたプーリ６２Ａとプーリ６２Ａ’（Ｂプーリ）も、図５に示すように、同一径で上下に配置されているが、前記のプーリ５２Ａよりも上方に位置するように設けられている。なお、プーリ５２Ａ，６２Ａの上下方向の座標位置は、アーム伸縮軸２Ａとアーム旋回軸３Ａに設けられたプーリ５４Ａ，６４Ａの上下方向の座標位置に対応している。

上述した伝達手段において、アーム伸縮用駆動源４Ａの駆動力は、上側のプーリ５２Ａ、ベルト５３Ａ、アーム伸縮軸２Ａの下端のプーリ５４Ａ、アーム伸縮軸２Ａ、アーム伸縮軸２Ａの上端のプーリ２１Ａの順に伝達され、アーム部１２を伸縮させる。同時に、アーム伸縮用駆動源４Ａの駆動力は、下側のプーリ５２Ａ’、ベルト５３Ａ’、アーム旋回用駆動源５Ａの下端のプーリ６２Ａ’、プーリ６２Ａ、ベルト６３Ａ、アーム旋回軸３Ａのプーリ６４Ａ、アーム旋回軸３Ａ、アーム旋回軸３Ａの上端の第１アーム部材２０Ａの順に伝達され、第１アーム部材２０（アーム部２０Ａ）を旋回させる。したがって、こうした伝達手段によれば、アーム伸縮用駆動源４Ａによってアーム伸縮軸２Ａの回転を制御することで、ハンド部１２Ａを所定方向に向けた状態を維持しつつ、アーム１０Ａの伸縮を行うことができる。

一方、アーム旋回用駆動源５を駆動させれば、アームの伸縮を行わせることなくアームを旋回させることができ、また、アーム伸縮用駆動源４とアーム旋回用駆動源５とを同時に駆動させれば、伸縮させながら旋回させることができる。

以上のような駆動は、アーム伸縮用駆動源４Ｂとアーム旋回用駆動源５Ｂにおいても同様であり、アーム伸縮軸２Ｂとアーム旋回軸３Ｂに上記同様に駆動力を与え、アーム１０Ｂの伸縮と旋回を行うことができる。なお、アーム伸縮用駆動源４とアーム旋回用駆動源５としては、サーボモータが用いられ、その駆動軸には、カップリングやベアリングで構成されたジョイント構造体が設けられ、また、必要に応じて減速機が設けられている。減速機は、駆動軸に直結していてもよいし、ギアやベルトで連結していてもよい。

また、アーム旋回用駆動源５に設けられるプーリ６２，６２’は、上下に重なるように配置されているが、アーム旋回軸３に駆動力を伝動させるためのプーリ６２には、アーム旋回用駆動源５の駆動力がそのまま伝わるように構成されている。一方、アーム伸縮軸３からの駆動力を受けるためのプーリ６２’は、アーム旋回用駆動源５の駆動力によっては回転しないが、そのプーリ６２’がアーム伸縮用駆動源４Ａからの駆動力で回転したときはプーリ６２を回転させるように構成されている。こうしたプーリ６２’は、いわゆるクロスローラベアリングを備えるものであり、具体的には、図５に示すように、クロスローラベアリング８とベアリング９とでラジアルスラスト負荷を受ける構造になっている。なお、アーム伸縮用駆動源４に設けられるプーリ５２，５２’も上下に重なるように配置されているが、これらのプーリ５２，５２’は、一体的に回転するように構成されている。

図６は、図１に示すアーム伸縮用駆動源とアーム旋回用駆動源の配置形態を示す透視平面図（Ａ）（Ｂ）である。ここで、図６（Ａ）は、軸部１４が有するプーリ５４Ａ，６４Ａ，５４Ｂ，６４Ｂと、軸部１４の周りに配置された各駆動源４Ａ，５Ａ，４Ｂ，５Ｂが有するプーリ５２Ａ，５２Ａ’，６２Ａ，６２Ａ’，５２Ｂ，５２Ｂ’，６２Ｂ，６２Ｂ’と、各プーリ間に掛けられたベルト５３Ａ，５３Ａ’，６３Ａ，５３Ｂ，５３Ｂ’，６３Ｂとの位置関係を示す透視平面図であり、図６（Ｂ）は、アーム伸縮用駆動源４とアーム旋回用駆動源５との位置関係を示す透視平面図である。

アーム伸縮用駆動源４とアーム旋回用駆動源５は、図６に示すように、アーム伸縮軸２とアーム旋回軸３で構成された軸部１４の周りに配置されている。具体的には、アーム１０Ａの伸縮と旋回に用いるアーム伸縮用駆動源４Ａとアーム旋回用駆動源５Ａとがペアとなって隣接して配置され、その対称位置には、アーム１０Ｂの伸縮と旋回に用いるアーム伸縮用駆動源４Ｂとアーム旋回用駆動源５Ｂとがペアとなって隣接して配置されている。本発明のロボット１は、１つの軸部１４の周りに４つの駆動源を配置したコンパクトな構造にすることができる。

ここで、図６（Ｂ）に示す符号８０〜８５を、図４を用いて説明する。図４には、軸部１４を上下方向に移動させるための機構が示されている。軸部１４の上下動は、例えばプロセスチャンバ内のワーク載置台にワークを載置し又はワーク載置台からワークを取り出す際にハンド部材４０を僅かに上下に移動させる動作である。特に本発明のロボット１は、図７に示す連結部材２８によってハンド部材４０Ａ，４０Ｂの上下方向の座標位置Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂがほぼ同じ位置に配置されているので、その上下動はワークの載置／取り出し時における僅かな移動であればよい。

図４に示す上下動機構は、軸部１４を上下動させるための駆動源８０と、駆動源８０の回転によって回転するボールネジ８１と、ボールネジ８１の回転によって上下動するボールネジナット８２と、ボールネジナット８２に連結するとともに軸部１４に連結するスライド部材８４と、スライド部材８４を支持するガイド部材８３とで構成されている。駆動源８０は必要に応じて減速機を備えたプーリ８８を有し、そのプーリ８８と、ボールネジ８１の同軸上に設けられたプーリ８７との間にはベルト８９が掛け渡され、駆動源８０の駆動力がボールネジ８１に伝達される。なお、駆動力の伝達は、ギア連結によって行っても構わない。また、スライド部材８４は、ボールネジ８１の周りに複数設けることが上下動の安定性に点で好ましく、図８に例では４つのスライド部材８４をボールネジ８１を中心にして対称配置した構成としている。

ボールネジ８１の回転は、ボールネジナット８２を上下動させるので、そのボールネジナット８２とスライド部材８４とを連結アーム８５で一体化させれば、ボールネジ８１の上下動がスライド部材８４の上下動となり、そのスライド部材８４の上部に連結された軸部１４を上下動させる。なお、符号８６は、ガイド部材８３の下端を支持する支持部材である。こうした構成からなる上下動機構によれば、例えばプロセスチャンバ内のワーク載置台にワークを載置し又はワーク載置台からワークを取り出す際にハンド部材４０を僅かに上下に移動させることができる。

さらに、本実施の形態では、ロボット１において、アームの先端に設けられたハンド部材４０Ａ（４０Ｂ）は、その長さによって重力で撓みを生じる場合があるが、この撓みを補正するように軸部１４を上下動させて、高さ調整を行うようにしている。

（アームの動作）
次に、アーム１０の動作を以下に説明する。図８は、アーム部の伸縮動作の説明図である。アーム１０は、第１アーム部材２０と第２アーム部材３０とが同じ長さとなっており、そのため、図８（Ａ）に示すように、初期状態では第１アーム部材２０と第２アーム部材３０とが折れて縮んだ状態になる。ここで、「同じ長さ」とは、アームの両端に位置するプーリの中心間の長さ（図８において、ＰとＱとの間隔、ＱとＲとの間隔）が同じという意味である。なお、初期状態では、ハンド部材４０は第２アーム部材３０にほぼ直交するように設けられており、第１アーム部材２０及び第２アーム部材３０の略長手方向の仮想線Ｙと、ハンド部材４０の長手方向の仮想線Ｘとは直交している。

次に、アーム伸縮軸２を仮想線Ｙに対して角度θ１となるまで回転させると、第１アーム部材２０も第１プーリ２１の中心点Ｐを中心にして仮想線Ｙに対して角度θ１となるまで回転する。本発明では、第１プーリ２１と第２プーリ２２の径比が２：１であるので、第２アーム部材３０は、図８（Ｂ）に示すように、第１アーム部材２０の２倍の速さで第１アーム部材２０の回転方向の逆方向に回転する。したがって、第１アーム部材２０と第２アーム部材３０との角度θ２は、第１アーム部材２０の回転角度θ１の２倍となる。

また、本発明では、第３プーリ３１と第４プーリ３２の径比が１：２であるので、ハンド部材４０は、図８（Ｃ）に示すように、第２アーム部材３０の１／２倍の速さで第２アーム部材３０の回転方向の逆方向に回転する。したがって、第２アーム部材３０とハンド部材４０との角度θ３は、第１アーム部材２０と第２アーム部材３０との角度θ２の１／２倍になる。

さらにその後、アーム伸縮軸２を逆回転させると、アーム１０は、図８（Ｃ）の伸長状態から図８（Ｂ）の状態を経て図８（Ａ）の状態に戻る。

以上のように、第１アーム部材２０の回転角θ１とハンド部材４０の回転角θ３の変化が同じになり、しかも第１アーム部材２０と第２アーム部材３０の長さが同じであるので、第２アーム部材３０とハンド部材４０とが連結する第４プーリ３２の中心点Ｒは、上記仮想線Ｘ上を伸縮するように変化し、ハンド部材４０は、上記仮想線Ｘ上を長手方向を変えずに変化する。したがって、アーム伸縮用駆動源４の回転によって、ハンド部材４０は、一定方向に伸縮運動するように変位する。

図９は、２つのアームの伸縮形態及び旋回形態の例を示す説明図である。図９において、（Ａ）は、アーム１０ＡがポジションＳに伸縮し、アーム１０ＢがポジションＵに伸縮する態様であり、（Ｂ）は、アーム１０ＡがポジションＳに伸縮し、アーム１０ＢがポジションＶに伸縮する態様であり、（Ｃ）は、アーム１０ＡがポジションＴに伸縮し、アーム１０ＢがポジションＶに伸縮する態様であり、（Ｄ）は、アーム１０ＡがポジションＴに伸縮し、アーム１０ＢがポジションＵに伸縮する態様である。本発明のロボット１は、図９に示すように、２つのアーム１０Ａ，１０Ｂをそれぞれ独立して伸縮させ、旋回させることができる。

なお、各アーム１０Ａ，１０Ｂの旋回は、例えばアーム旋回駆動源にステッピングモータを用いた場合には、初期位置からの回転数を制御することにより、旋回位置を制御することができる。一方、例えばアーム旋回駆動源にサーボモータを用いた場合には、各アーム等の回転位置を検出するセンサやロータリエンコーダ等を用いて旋回位置を検出し、制御するようにしてもよい。

（半導体製造プロセスへの適用例）
図１０は、本発明の産業用ロボット１が半導体の製造プロセスに用いられる一例を示す概略平面図であり、図１１は、図１０の概略側面図である。図１０に示す装置は、半導体の製造プロセスにおける処理集合装置１５０であり、上記本発明のロボット１と、そのロボット１が設置されるトランスファチャンバ２０９と、トランスファチャンバ２０９の周囲に配置され、ロボット１が備える２つ以上のアーム１０Ａ，１０Ｂによってワークの搬入搬出が行われる複数のプロセスチャンバ２１０，２２０，２３０，２４０とを備える例である。なお、装置中央に設けられたトランスファチャンバ２０９は、減圧可能になっている。

このトランスファチャンバ２０９の周りには、例えば図１０の例では、その周方向に６分割された処理室が配置されている。このうち、符号２１０，２２０，２３０，２４０の４室は、プロセスチャンバであり、符号２０３，２０３の２室は、その集合処理装置１５０外からウエハの受け渡しを行う収容室である。また、符号２０１は、集合処理装置外からウエハ３０４の受け渡し行うロボットである。こうした集合処理装置１５０では、各室の入り口にゲートベン２０２，２０４，２０５が設けられ、そのゲートベン２０２，２０４，２０５の開閉により処理室への出し入れが行われる。

なお、本発明のロボット１以外の構成は図示の例に限定されず、各種の構成を採ることができる。また、搬送ロボット室２００内に設置された搬送ロボット２０１は、ウエハ３０４が収納されたウエハ搭載ラック３０１，３０２，３０３（以下、符号３００で表す）と、収容室２０３との間で動作するが、この搬送ロボット２０１についても図示の例に限定されず、各種の構成を採ることができる。

こうした集合処理装置１５０内に本発明のロボット１が配置されるが、本発明のロボット１は、備える２つ以上のアームのそれぞれがアーム伸縮用駆動源とアーム旋回用駆動源とを備えて独立に動作し、それぞれが備えるハンド部に載置されるワークの高さがほぼ同じであるように構成されているので、トランスファチャンバ２０９の周囲に配置されたプロセスチャンバ２１０，２２０，２３０，２４０に対するワークの搬入・搬出等の時間を短縮することができる。

以上、本発明の産業用ロボットについて説明したが、上述の本実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあって、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

本発明の産業用ロボットの一例を示す透視正面図である。図１に示す２つのアームのうちの１つのアームを構成する第１アーム部材の内部構造を示す透視平面図（Ａ）及びＢ−Ｂ断面図（Ｂ）である。図１に示す２つのアームのうちの１つのアームを構成する第２アーム部材の内部構造を示す透視平面図（Ａ）及びＣ−Ｃ断面図（Ｃ）である。図１に示す基台部の透視断面の拡大図である。図１に示すアーム伸縮用駆動源とアーム旋回用駆動源の構成を示す断面図である。図１に示すアーム伸縮用駆動源とアーム旋回用駆動源の配置形態を示す透視平面図（Ａ）（Ｂ）である。ハンド部の上下方向の座標位置を同じにする連結部材の透視正面図である。アーム部の伸縮動作の説明図である。２つのアームの伸縮形態及び旋回形態の例を示す説明図である。本発明の産業用ロボット１が半導体の製造プロセスに用いられる一例を示す概略平面図である。図１０の概略側面図である。

符号の説明

１ロボット
２，２Ａ，２Ｂアーム伸縮軸
３，３Ａ，３Ｂアーム旋回軸
４，４Ａ，４Ｂアーム伸縮用駆動源
５，５Ａ，５Ｂアーム旋回用駆動源
６ベアリング
７磁気シール
１０，１０Ａ，１０Ｂアーム
１１，１１Ａ，１１Ｂアーム部
１２，１２Ａ，１２Ｂハンド部
１４軸部
２０，２０Ａ，２０Ｂ第１アーム部材
３０，３０Ａ，３０Ｂ第２アーム部材
４０，４０Ａ，４０Ｂハンド部材
４１，４１Ａ，４１Ｂ搭載部
４２ネジ
４３連結部
５２Ａ，５２Ａ’，５２Ｂ，５２Ｂ’，６２Ａ，６２Ａ’，６２Ｂ，６２Ｂ’ プーリ
５３Ａ’，５３Ｂ’，６３Ａ’，６３Ｂ’ 連結ベルト
５４Ａ，５４Ｂ，６４Ａ，６４Ｂプーリ
８０上下動の駆動源
８１ボールネジ
８２ボールネジナット
８３ガイド部材
８４スライド部材
８５連結アーム
８６支持部材
８７プーリ
８８プーリ
８９ベルト
１００基台部
１５０処理集合装置
２００搬送ロボット室
２０１搬送ロボット
２０２，２０４，２０５ゲートベン
２０３収容室
２０９トランスファチャンバ
２１０，２２０，２３０，２４０プロセスチャンバ
３００，３０１，３０２，３０３ウエハ搭載ラック
３０４ウエハ
Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ上下方向の座標位置

Claims

基台部側からアーム部及びハンド部の順で連結され、当該ハンド部を所定方向に向けながら伸縮自在に動作するアームを２つ以上有する産業用ロボットであって、
前記アームそれぞれは、
アーム伸縮軸を回動中心として前記アームを伸縮させるアーム伸縮用駆動源と、
アーム旋回軸を回動中心として前記アームを旋回させるアーム旋回用駆動源と、
前記ハンド部の上下方向の座標位置をほぼ同じにする連結部材と、
前記アーム伸縮用駆動源の駆動力を前記アーム旋回軸に伝達する伝達手段とを備え、
該伝達手段は、前記アーム伸縮用駆動源が有するＡプーリと、前記アーム旋回用駆動源が有するＢプーリと、当該Ａプーリと当該Ｂプーリとの間に掛けられた連結ベルトと、前記Ｂプーリと同軸回転するように設けられたＣプーリと、前記アーム旋回軸に設けられたＤプーリと、当該Ｃプーリと当該Ｄプーリとの間に設けられた伝動ベルトと、で構成される、ことを特徴とする産業用ロボット。
前記アームのうちの１つのアームを動作させるアーム伸縮軸が中実軸であり、それ以外の軸である前記アーム旋回軸及び他のアームのアーム伸縮軸が前記中実軸と同心になるように設けられた中空軸である、請求項１に記載の産業用ロボット。
前記アーム部と前記ハンド部は、前記基台部側から、第１アーム部材、第２アーム部材及びハンド部材の順で連結され、
前記第１アーム部材は、前記基台部側にあって前記アーム伸縮軸に連結する第１プーリと、前記第２アーム部材側にあって当該第２アーム部材に連結する第２プーリと、当該第１プーリ及び当該第２プーリ間に掛かる第１ベルトとを有し、
前記第２アーム部材は、前記第２プーリと同心となるように設けられた第３プーリと、前記ハンド部材側にあって当該ハンド部材に連結する第４プーリと、当該第３プーリ及び当該第４プーリ間に掛かる第２ベルトとを有する、請求項１又は２に記載の産業用ロボット。
請求項１〜３のいずれかに記載の産業用ロボットと、当該産業用ロボットが設置されるトランスファチャンバと、当該トランスファチャンバの周囲に配置され、前記産業用ロボットが備える２つ以上のアームによってワークの搬入搬出が行われる複数のプロセスチャンバと、を備えることを特徴とする集合処理装置。