JP5142471B2 - 熱処理炉用ロボットアーム装置 - Google Patents

Description

この発明は、液晶カラーディスプレイのカラーフィルタ等の製造時に、熱処理炉に対するガラス基板の搬入出や移送等の移載に用いられる熱処理炉用ロボットアーム装置に関する。

液晶カラーディスプレイのカラーフィルタ等の製造時には、ガラス基板上に有機物からなる感光性レジストを塗布して乾燥させた後に、パターン露光及び現像を行うことによって着色パターンが形成される。このとき、着色パターン部分の感光性レジストを完全に硬化させるために、２００℃〜２５０℃の熱処理炉中で焼成する熱処理工程が行われる。

熱処理工程では、上面に感光性レジストを塗布した被処理物であるガラス基板を、ロボットアーム装置のアーム部に載せ、所定温度に維持された熱処理炉内に搬入する。熱処理炉内には、複数枚のガラス基板がそれぞれの間に間隙を設けて積層して収納される。

ガラス基板に塗布された感光性レジストは、熱処理炉内で加熱されるとガスを発生する。熱処理炉内は、感光性レジストから発生したガスの高濃度の雰囲気となっている。このガスは、１００℃〜１５０℃で固化して昇華物となる。

ガラス基板の搬入及び搬出時に熱処理炉の外部で室温付近まで温度低下したアーム部が熱処理炉内に挿入されると、低温のアーム部で冷却されたガスが昇華物としてアーム部に付着する。アーム部は、ガラス基板の搬入及び搬出時にガラス基板の上部を通過する。このとき、アーム部から昇華物がガラス基板上に落下し、パーティクルを発生する原因となる。

特に、熱処理炉の搬入出口付近では、熱処理炉の内外の温度が急激に変化するため、ガスが冷却されて固化し易い。このため、ガラス基板の搬入出時に搬入出口付近に位置するアーム部の固定端付近に、多量の昇華物が付着する。

これを防止するためには、アーム部に付着した昇華物を除去するメンテナンス作業を定期的に行う必要があるが、ガラス基板の処理量が増加するに伴ってメンテナンス作業が煩雑化するとともに、その頻度が増し、生産性が低下する。

そこで、従来のロボットアーム装置では、アーム部を昇温可能な棒状材によって構成することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。具体的には、内部に電力投入電極を有する角棒のセラミックヒータによってアーム部を構成するとされている。
特開平１１−２７０９７０号公報

しかしながら、セラミック材料は一般に高価で比重が大きく脆い。面積の拡大化の傾向が著しいガラス基板の搬送に耐えうる強度をアーム部に与えるためには、アーム部を大型化する必要がある。大型化したアーム部は、コストの上昇を招くだけでなく、積層して収納される複数枚のガラス基板の間隙に挿入できなくなり、ガラス基板の搬入及び搬出に適さない。このため、近年では、アームの素材として、カーボンファイバー補強樹脂（以下、ＣＦＲＰという。）が使用されているが、ＣＦＲＰ材料のアーム部自体を発熱体とすることはできない。

この発明の目的は、ＣＦＲＰ材料のアーム部の外周面に薄板状のヒータを装着することにより、安価で、かつ故障したヒータの交換を容易に行うことができ、メンテナンス作業の簡略化及び低頻度化により生産性を向上することができる熱処理炉用ロボットアーム装置を提供することにある。

この発明の熱処理炉用ロボットアーム装置は、アーム部、ヒータ及び被覆部材を備えている。アーム部は、ＣＦＲＰを素材として例えば外形断面が矩形等の偏平な断面の長尺状を呈し、片持ち支持構造にされており、熱処理炉に対する搬入出や移送時に被処理物が載置される。ヒータは、薄肉状で、アーム部の表面における被処理物が載置されないアーム部の固定端側の所定の範囲にのみ接触して配置され、被処理物から発生したガスの固化温度以上に発熱する。被覆部材は、可撓性を有する樹脂製シート体であり、ヒータを挟んでアーム部の表面を被覆する。

この構成においては、被処理物から発生したガスの固化温度以上に発熱するヒータが、樹脂製の被覆部材により、片持ち支持構造のアーム部の表面における少なくとも固定端側の端部を含む範囲に接触した状態で保持される。

したがって、アーム部の少なくとも固定端側の端部の表面温度は、被処理物から発生したガスの固化温度以上に維持される。アーム部の少なくとも固定端側の端部には、被処理物から発生したガスの昇華物が付着することがない。被処理物の搬入出時に搬入出口付近に位置するために昇華物が付着し易いアーム部の固定端近傍が、確実に被処理物から発生したガスの固化温度以上に維持される。可撓性を有する樹脂製シート体の被覆部材は、比較的容易に破断可能であるため、ヒータの交換が容易になる。また、アーム部の外表面には薄肉状のヒータがシート状の被覆部材によって配置されるため、アーム部の断面の高さが相当に増すことがない。

上記の構成に含まれるヒータは、アーム部の少なくとも上下面に配置することができる。アーム部の少なくとも固定端側の端部の上下面の表面温度は、被処理物から発生したガスの固化温度以上に維持される。アーム部の少なくとも固定端側の端部の上下面には、被処理物から発生したガスの昇華物が付着することがない。

上記の構成に含まれるヒータとして、シリコンラバーヒータを用いることができる。アーム部の表面に薄いシリコンラバーヒータが配置され、アーム部の断面の高さが相当に増すことがない。

上記の構成に含まれる被覆部材として、熱収縮性チューブを用いることができる。アーム部の表面にヒータを配置して熱収縮性チューブで被覆した後に、熱収縮性チューブを加熱することでアーム部の表面にヒータが確実に固定される。

この発明の熱処理炉用ロボットアーム装置によれば、簡単な構成で、被処理物の搬入出時に搬入出口付近に位置するために昇華物が付着し易いアーム部の固定端側の端部の表面温度を被処理物から発生したガスの固化温度以上に確実に維持することができ、この部分に被処理物から発生したガスの昇華物が付着することを防止できる。また、可撓性を有する樹脂製シート体の被覆部材は、比較的容易に破断することができるため、ヒータを容易に交換することができる。これによって、メンテナンス作業の簡略化及び低頻度化を実現でき、生産性を向上することができる。さらに、アーム部の外表面に薄肉状のヒータをシート状の被覆部材によって配置するため、アーム部の断面の高さがさほど増すことがなく、処理炉への被処理物の搬入出に支障を来たすこともない。

ヒータをアーム部の少なくとも上下面に配置することにより、アーム部の少なくとも固定端側の端部の上下面の表面温度を被処理物から発生したガスの固化温度以上に維持することができる。アーム部の少なくとも固定端側の端部の上下面に被処理物から発生したガスの昇華物が付着することを防止できるため、熱処理炉内に間隔を設けて積層される被処理物の搬送時にアーム部から被処理物の表面に昇華物が落下することを防止できる。

ヒータとしてシリコンラバーヒータを用いることにより、アーム部の断面の高さが相当に増すことを防止できる。熱処理炉内に間隔を設けて積層される被処理物の搬送時に被処理物の間へのアーム部の挿入に支障を来すことがない。

被覆部材として熱収縮性チューブを用いることにより、熱収縮性チューブを加熱することでアーム部の表面にヒータを容易かつ確実に固定することができる。

図１は、この発明の実施形態に係る熱処理炉用ロボットアーム装置１０の使用状態を示す図である。熱処理炉用ロボットアーム装置１０は、一例として、液晶カラーディスプレイの有機カラーフィルタ用のガラス基板３０を被処理物とする熱処理工程で、感光性レジストが塗布されたガラス基板３０を熱処理炉２０に搬入出するために用いられる。

熱処理炉用ロボットアーム装置１０は、本体１１、コラム１２，１３及びアーム１を備えている。コラム１２は、本体１１に昇降自在かつ回動自在に支持されている。コラム１３は、コラム１２に回動自在に支持されている。アーム１は、この発明のアーム部であり、コラム１３に片持ち支持されている。熱処理炉用ロボットアーム装置１０は、一例として２本のアーム１を備えている。アーム１の本数は、３本以上であってもよい。

熱処理炉用ロボットアーム装置１０は、ラック４０に収納されているガラス基板３０を熱処理炉２０に積層して搬入し、所定の熱処理を終了したガラス基板３０を熱処理炉２０から搬出して次工程の位置に搬送する。

ガラス基板３０を熱処理炉２０に搬入する際には、熱処理炉用ロボットアーム装置１０は、コラム１２，１３の回転によってラック４０内に収納されているガラス基板３０の下方にアーム１を水平方向に挿入し、コラム１２を上昇させてアーム１上にガラス基板３０を載置させる。次いで、コラム１２，１３の回転によってアーム１とともにガラス基板３０をラック４０から取り出し、熱処理炉２０内に挿入する。

ガラス基板３０を載置したアーム１が熱処理炉２０内の所定の位置に達すると、コラム１２を下降させてガラス基板３０をラック２３に載置する。さらに、コラム１２を下降させてアーム１がガラス基板３０の下面から離れた後、コラム１２，１３を回転させてアーム１を熱処理炉２０から引き出す。

ガラス基板３０を熱処理炉２０から搬出する際には、熱処理炉用ロボットアーム装置１０は、コラム１２，１３の回転によって熱処理炉２０内に収納されているガラス基板３０の下方にアーム１を水平方向に挿入し、コラム１２を上昇させてアーム１上にガラス基板３０を載置させる。次いで、コラム１２，１３の回転によってアーム１とともにガラス基板３０を熱処理炉２０から取り出す。

熱処理炉２０の搬入出口２１は、シャッタ２２によって開閉自在にされている。熱処理炉２０にガラス基板３０を搬入出する際に、搬入出口２１が開かれる。熱処理炉２０の内部は、ガラス基板３０に塗布された感光性レジストの焼成に適した２００℃〜２５０℃程度の温度に維持されており、熱処理炉２０内は感光性レジストから発生したガスの雰囲気となっている。熱処理炉２０の外部は室温であるため、搬入出口２１が開かれた時に搬入出口２１付近で１００℃〜１５０℃に冷却されたガスが固化する。

図２は、アーム１上でのガラス基板３０の載置状態の一例を示す平面図である。アーム１は、一例として長さ１３００ｍｍのガラス基板３０に対して１７００ｍｍの長さにされており、固定端から開放端まで一定の幅１００ｍｍにされている。

ガラス基板３０は、コラム１３に片持ち支持されたアーム１上で、アーム１の固定端から所定距離（図２に示す例では３３０ｍｍ）だけ離れた位置よりも開放端側の範囲に接触する。ガラス基板３０を熱処理炉２０内に搬入出する際に、アーム１の固定端側でガラス基板３０が接触していない部分が、熱処理炉２０の搬入出口２１付近に位置する。このため、アーム１の固定端側でガラス基板３０が接触していない部分に昇華物が付着し易い。

図３は、アーム１の固定端近傍の構成を示す断面図である。アーム１は、ＣＦＲＰを素材として矩形断面を呈する棒状に形成され、コラム１３に片持ち支持されている。アーム１は、上面を水平面としたままで固定端の高さが４０〜５０ｍｍ、開放端の高さが２０〜３０ｍｍとなるように下面が傾斜したテーパ形状にされている。

アーム１の固定端近傍には、上面及び下面にヒータ２，３が配置され、被覆部材４で被覆されている。ヒータ２，３は、一例として１〜３ｍｍ程度の厚さのシリコンラバーヒータである。ヒータ２の消費電力は４０Ｗであり、ヒータ３の消費電力は４０Ｗである。ヒータ２，３は、薄肉状であること、及び、処理炉２０内のガスの固化温度以上に発熱することを条件として、シリコンラバーヒータ以外を使用することもできる。

被覆部材４は、一例として１ｍｍ程度の厚さの熱収縮チューブである。被覆部材４は、加熱温度に耐えるシート体であることを条件として、熱収縮チューブ以外を使用することもできる。

ヒータ２，３は、一例として図２に示すように、アーム１の固定端から３０ｍｍ離れた位置より開放端側に向かって２５０ｍｍの範囲に配置されている。なお、アーム１の全周にわたってヒータを配置してもよい。

ヒータ２，３に電力を供給することにより、アーム１の固定端近傍は１５０℃以上の温度に加熱される。これによって、熱処理炉２０にガラス基板３０を搬入出する際に、熱処理炉２０の搬入出口付近に位置するアーム１の固定端近傍に昇華物が付着することを抑制できる。

アーム１に付着する昇華物が減少することで、アーム１からガラス基板３０に不純物が付着する可能性を低くすることができ、パーティクルの発生を抑制して製品の歩留りを向上することができる。また、アーム１に付着した昇華物を除去するためのメンテナンス作業を簡略化できるとともにメンテナンス頻度を少なくすることができ、生産性を向上することができる。さらに、熱処理炉２０内のガス濃度を低下させる必要がなくなり、熱処理炉２０内の換気量を増加させることによる熱エネルギの損失を抑えることができ、エネルギ消費量の増加を防止できる。

なお、ヒータ２，３は、固定端近傍を含むアーム１の全範囲に配置することもできる。この場合には、耐熱温度が熱処理炉２０内の設定温度以上である被覆部材４を用いる必要がある。このため、被覆部材４は、熱収縮チューブに限定されるものではない。ただし、アーム１は、熱処理炉２０の内部等において積層して収納される複数枚の被処理物のそれぞれの間に挿入されるため、上下方向の寸法が大きく変化しない部材を選択する必要がある。

上述の実施形態の説明は全ての点において例示であり、本発明は上記の実施形態の構成に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更を含む。

この発明の実施形態に係る熱処理炉用ロボットアーム装置１０の使用状態を示す図である。 アーム１上でのガラス基板３０の載置状態の一例を示す平面図である。 アーム１の固定端近傍の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ アーム（アーム部）
２，３ ヒータ
４ 被覆部材
１０ 熱処理炉用ロボットアーム装置
１１ 本体
１２，１３ コラム
２０ 熱処理炉
３０ ガラス基板（被処理物）

Claims (4)

1. 熱処理炉に対する被処理物の移載に用いられるロボットのアーム部であってカーボンファイバー補強樹脂を素材として偏平な断面の長尺状を呈する片持ち支持構造のアーム部と、前記アーム部の表面における前記被処理物が載置されない前記アーム部の固定端側の所定の範囲にのみ接触して配置される薄肉状のヒータであって前記被処理物から発生したガスの固化温度以上に発熱するヒータと、前記ヒータを挟んで前記アーム部の表面を被覆する可撓性の樹脂製シート体の被覆部材と、を備えたことを特徴とする熱処理炉用ロボットアーム装置。
2. 前記ヒータは、前記アーム部の少なくとも上下面に配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱処理炉用ロボットアーム装置。
3. 前記ヒータは、シリコンラバーヒータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理炉用ロボットアーム装置。
4. 前記被覆部材は、熱収縮性チューブであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の熱処理炉用ロボットアーム装置。

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