JP5212200B2 - 天井搬送システム - Google Patents

Description

この発明は天井搬送システムでの物品の移載と一時保管とに関する。

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の天井走行車がバッファとの間で物品を移載することを開示している。そしてバッファとステーションの間では、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。特許文献１では第１の天井走行車がバッファとの移載を行うので、停止時間が長くなり、言い換えると後続の天井走行車が減速せずに走行するための車間距離が長くなる。例えば天井走行車の走行速度が１m/secのシステムでは、停止時間が１秒長くなると、必要な車間距離は５ｍ長くなり、搬送効率が低下する。

JP2006-224944A

この発明の課題は、天井走行車が仮置台との移載のために停止する時間を短くし、システムの搬送効率を改善することにある。

この発明の天井搬送システムでは、地上側に設置されたステーション間で物品を搬送するために、
天井付近に配置された走行レールに沿って走行し、かつ物品を支持自在な天井走行車と、前記走行レールの近傍に配置された仮置台とを設けると共に、
物品を、天井走行車により支持される位置と前記走行レールの側方との間で、移動させるための横移動装置と、物品を天井側と地上側との間で昇降させる昇降装置とを、前記天井走行車とは別体に設けて、
前記横移動装置と昇降装置とにより、物品を天井走行車と仮置台、及び仮置台とステーションとの間で移載するようにし、
さらに、前記ステーションと前記仮置台が共に前記走行レールの一側方に配置され、かつ前記ステーションが前記走行レールに近い側に、前記仮置台が前記走行レールから遠い側に配置されているか、
あるいは、前記ステーションが前記走行レールの一側方に配置され、前記仮置台は、前記走行レールの下方に、平面視で走行レールと重なるように配置され、さらに前記昇降装置は前記横移動装置を昇降させるようにされていることにより、
前記仮置台と前記ステーション間で、天井走行車の走行と干渉せずに、物品を移載自在である。

この発明では、横移動装置と昇降装置とにより移載が行われ、天井走行車は自ら仮置台との間で物品を移載する必要がない。このため天井走行車の停止時間を短くでき、かつ物品は走行レールの側方へ横移動するので、後続の天井走行車の走行を妨げ難い。これらのために、天井走行車間の車間距離を短くでき、あるいは後続の天井走行車の減速を不要にでき、天井搬送システムの効率を改善できる。
なお横移動装置と昇降装置とにより、天井走行車とステーション間の直接の移載も行っても良い。

好ましくは、前記天井走行車は物品の底部を支持し、前記昇降装置は、物品の上部を把持する昇降台と、昇降台を昇降させる昇降駆動部とを備え、前記横移動装置は前記昇降装置を横移動させる。このようにすると、天井走行車は物品を下から支持し、昇降装置は物品を上から把持するので、昇降装置が天井走行車と干渉し難い。また簡単に天井走行車と仮置台及び仮置台とステーションとの移載ができる。

より好ましくは、前記昇降装置と前記横移動装置とを搭載し、前記走行レールに平行に走行する移載台車を設けて、移載台車を前記天井走行車と等速で走行させながら、天井走行車との間で物品を移載する。ここで等速とは、物品を移載する際に、天井走行車と移載装置との相対速度により衝撃を加えないように相対速度を小さくすることを言い、例えば相対速度を３０mm／sec以下、好ましくは１０mm／sec以下、特に好ましくは３mm／sec以下とする。このようにすると天井走行車が停止せずに物品を移載できるので、後続の天井走行車への影響をさらに小さくできる。また任意の位置で天井走行車との移載を行い、任意の仮置台へ移載できる。

前記ステーションと前記仮置台が共に前記走行レールの一側方に配置され、かつ前記ステーションが前記走行レールに近い側に、前記仮置台が前記走行レールから遠い側に配置されているようにすると、仮置台とステーションとの移動で、物品が走行レールの上下を通過する必要が無く、天井走行車と干渉する機会を減らすことができる。

また前記ステーションが前記走行レールの一側方に配置され、前記仮置台は、前記走行レールの下方に、平面視で走行レールと重なるように配置され、前記昇降装置は前記横移動装置を昇降させるようにすると、天井走行車から横移動させて走行レール側との干渉を断った物品を、そのまま下降させるとステーションに移載でき、下降後に横移動させると仮置台へ移載できる。

比較例の天井搬送システムの要部平面図 比較例の天井搬送システムの要部拡大正面図 比較例に対する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 比較例での天井走行車と周囲の走行レールとを示す平面図 比較例での制御系を示すブロック図 比較例での、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。 実施例の要部拡大正面図 他の比較例の要部拡大正面図 第２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は比較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（ＯＨＴ：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。比較例では、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。

比較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とを横移動させてもよい。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。ここで走行速度が等しいとは、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、比較例では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。

比較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^２，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。
(7) 移載台車２０はほぼ任意の位置で天井走行車１４と物品を移載でき、かつ任意のステーション１０及び任意のバッファ７と物品を移載できる。

図１〜図７の比較例では、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の比較例と同様で、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の比較例でも、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。この場合、横移動ユニット２６は移載台車２０の一方の側にのみ物品を横移動できればよい。

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 (1)

1. 地上側に設置されたステーション間で物品を搬送するために、
   天井付近に配置された走行レールに沿って走行し、かつ物品を支持自在な天井走行車と、前記走行レールの近傍に配置された仮置台とを設けると共に、
   物品を、天井走行車により支持される位置と前記走行レールの側方との間で、移動させるための横移動装置と、物品を天井側と地上側との間で昇降させる昇降装置とを、前記天井走行車とは別体に設けて、
   前記横移動装置と昇降装置とにより、物品を天井走行車と仮置台、及び仮置台とステーションとの間で移載するようにし、
   さらに、前記ステーションと前記仮置台が共に前記走行レールの一側方に配置され、かつ前記ステーションが前記走行レールに近い側に、前記仮置台が前記走行レールから遠い側に配置されているか、
   あるいは、前記ステーションが前記走行レールの一側方に配置され、前記仮置台は、前記走行レールの下方に、平面視で走行レールと重なるように配置され、さらに前記昇降装置は前記横移動装置を昇降させるようにされていることにより、
   前記仮置台と前記ステーション間で、天井走行車の走行と干渉せずに、物品を移載自在である天井搬送システム。
   

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