JP5447470B2 - ハンドおよびロボット - Google Patents

Description

開示の実施形態は、ハンドおよびロボットに関する。

従来、複数のフォークを備えたハンドを有し、かかるフォーク上へガラス基板などの基板を載置して、基板の搬送および棚状のカセットへの出し入れを行うロボットが知られている。

かかるロボットは、大型液晶パネルディスプレイの普及もあって大型の基板を取り扱う機会も多い。かかる大型の基板については、基板の重量に対する所定の剛性を有し、かつ、軽量な、繊維強化プラスチック製のフォークを備えたハンドがよく用いられる（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１１−１７６９０４号公報

しかしながら、上述の繊維強化プラスチックは耐熱性の面で課題の残る素材である。したがって、従来のハンドは、一般に焼成炉において焼成されるガラス基板の搬送作業において、焼成炉の輻射熱などを受けて劣化しやすいという問題があった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、高温環境下における劣化を防止することができるハンドおよびロボットを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るハンドは、繊維強化プラスチックによって形成されたフォークを備える。フォークは、ポリイミドを含むフィルム素材であるポリイミドフィルムがらせん状に巻回されることによって形成されたコーティング層を有する。

実施形態の一態様によれば、高温環境下における劣化を防止することができる。

図１は、実施形態に係るハンドおよびロボットを含む基板搬送システムの構成例を示す図である。 図２Ａは、実施形態に係るハンドの構成例を示す図である。 図２Ｂは、実施形態に係るハンドの構成例を示す図である。 図３Ａは、フォークの内部構造を示す図である。 図３Ｂは、フォークの外殻構造を示す拡大図である。 図４Ａは、ポリイミドフィルムの巻回方向を示す図である。 図４Ｂは、カットされたポリイミドフィルムを貼り付ける変形例を示す図である。 図５Ａは、キャップの平面図および取り付け前後の様子を示す図である。 図５Ｂは、図５Ａに示すＡ−Ａ’断面図である。 図５Ｃは、変形例に係るキャップを示す図である。 図６Ａは、部分的にポリイミドコーティング層を形成する変形例を示す図である。 図６Ｂは、部分的にポリイミドコーティング層を形成する変形例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するハンドおよびロボットの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係るハンド１５およびロボット１０を含む基板搬送システム１の構成例を示す図である。

なお、図１には、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きを正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、以下の説明に用いる他の図面においても示す場合がある。

図１に示すように、基板搬送システム１は、ロボット１０と、コントローラ２０と、カセット３０とを備える。

ロボット１０は、カセット３０へ多段に収納された基板１００を１枚ずつ出し入れして搬送する。ここで、ロボット１０の構成例について説明しておく。

図１に示すように、ロボット１０は、昇降機構１１と、旋回機構１２と、伸縮機構１３と、支持部材１４と、ハンド１５と、ベース１６とを備える。昇降機構１１は、フロアなどに固定されるベース１６に支持され、図中のＸ軸およびＺ軸を含むＸＺ平面に沿って昇降する動作を行う機構である。

旋回機構１２は、昇降機構１１に支持され、Ｚ軸に平行な回転軸まわりに旋回する動作を行う機構である。伸縮機構１３は、旋回機構１２に支持され、ＸＹ平面に沿って伸縮する動作を行う機構である。なお、図１には、１対の伸縮機構１３を図示しているが、図を分かりやすくするために、一方の伸縮機構１３については途中から図示を省略している。

ロボット１０は、これら昇降機構１１、旋回機構１２および伸縮機構１３によっていわゆる多関節アームを構成する。なお、かかる多関節アームの各関節は図示しないサーボモータによって駆動される。コントローラ２０は、かかるサーボモータの指示プログラムを格納し、かかる指示プログラムによって多関節アームの動作を制御する制御装置である。

そして、かかる多関節アームの終端部には、支持部材１４を介してハンド１５が取り付けられる。

ハンド１５は、１対の板状のフォーク１５０を備え、かかるフォーク１５０へ基板１００を載置する。なお、以下では、フォーク１５０の基板１００を載置する側の面を、「載置面」と記載する場合がある。また、フォーク１５０は、伸縮機構１３の端部（すなわち、多関節アームの終端部）に支持される支持部材１４によって支持される。

カセット３０は、基板１００の収納装置であり、基板１００の板面を図中のＸＹ平面へ平行に向けて基板１００を多段に収納する。

そして、ロボット１０は、基板１００をカセット３０から搬出する際には、多段に収納された基板１００のピッチに、搬出対象である基盤１００の下面に沿うようにフォーク１５０を挿し入れて基板１００を載置し、搬出する。

また、ロボット１０は、基板１００をカセット３０へ搬入する際には、搬入対象である基板１００を載置したままフォーク１５０をカセット３０へ挿し入れ、基板１００を搬入する。

なお、かかるロボット１０の搬出入動作は、図示しない焼成炉へ基板１００を搬出入する場合についても同様である。すなわち、焼成前の基板１００を焼成炉の基板搬入口へ１枚ずつセットし、焼成後の基板１００を焼成炉の基板搬出口から１枚ずつ取り出す。このとき、焼成炉から輻射熱などを受けることとなる。

次に、実施形態に係るハンド１５の構成例について、図２Ａおよび図２Ｂを用いて説明する。図２Ａおよび図２Ｂは、実施形態に係るハンド１５の構成例を示す図である。なお、図２Ａには、ハンド１５をＺ軸の正方向からみた場合の平面図を、図２Ｂには、ハンド１５をＹ軸の正方向からみた場合の側面図を、それぞれ示している。

図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ハンド１５は、フォーク１５０を備える。フォーク１５０は、基板１００を載置する部材である。なお、ここでは、フォーク１５０が１対である場合を示しているが、その個数を限定するものではない。

ここで、フォーク１５０は、繊維強化プラスチックなど、所定の剛性を有し、かつ軽量な素材で形成されることが好ましい。かかる素材で形成することにより、大型の基板１００を載置する場合であっても、基板１００やハンド１５自体の重量によって生じるたわみなどを抑制することができる。

なお、本実施形態では、フォーク１５０が、炭素繊維を強化材とするＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）、いわゆる炭素繊維強化プラスチックによって形成されているものとする。

また、フォーク１５０の基部は、上述の多関節アームの終端部に取り付けられる支持部材１４へ固定される。

また、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、１つのフォーク１５０は、ガイド１５１と、受け座１５２と、センサ１５３とを備える。ガイド１５１は、ポリイミド樹脂などの超耐熱性素材からなる部材であり、フォーク１５０の先端部からＸ軸方向について所定の間隔を空けて１組配置される。

そして、かかる１組のガイド１５１は、載置される基板１００の前後方向（すなわち、Ｘ軸方向）へのずれを防止する。なお、ガイド１５１の配置位置は、基板１００のサイズに応じて適宜調整可能としてもよい。

受け座１５２は、やはり超耐熱性素材からなり、フォーク１５０の長手方向（すなわち、Ｘ軸方向）に沿って複数配置される。なお、図２Ａおよび図２Ｂには、フォーク１５０の中心線Ｐを挟んだ対称位置に配置された２個１組の受け座１５２が、フォーク１５０の長手方向（すなわち、Ｘ軸方向）に沿って計６組配置されている例を示している。

かかる受け座１５２は、載置される基板１００を、かかる基板１００の下面から多点支持する。

センサ１５３は、基板１００がフォーク１５０に載置されているか否か、すなわちフォーク１５０の在荷状態を検出する耐熱型センサである。

なお、ここでは図示していないが、フォーク１５０は、その先端部に取り付けられるキャップを有する。かかるキャップの詳細については、図５Ａ〜図５Ｃを用いて後述する。

次に、フォーク１５０の内部構造について、図３Ａを用いて説明する。図３Ａは、フォーク１５０の内部構造を示す図である。なお、図３Ａには、フォーク１５０の先端部を斜め上方からみた場合の斜視図を示している。

図３Ａに示すように、フォーク１５０の内部は中空構造となっている。かかる中空構造は、ＣＦＲＰの成形過程における芯材によって形成される。そして、かかる中空構造を利用することで、フォーク１５０の内部には、前述のセンサ１５３などの接続ケーブル類を配線することができる。

また、フォーク１５０の外殻には、ネジ穴１５４が貫設される。かかるネジ穴１５４は、前述のキャップの取り付けに用いられる。この点については、図５Ｂを用いて後述する。

ここで、フォーク１５０の外殻構造について、図３Ａの破線の矩形に示すＭ１部の拡大図である図３Ｂを用いて説明する。

図３Ｂに示すように、フォーク１５０の外殻構造は、ＣＦＲＰ層１５０ａと、ポリイミドコーティング層１５０ｂとの２層に大別される。

ＣＦＲＰ層１５０ａは、フォーク１５０の外殻の主材であり、炭素繊維強化プラスチックを積層して形成される。ポリイミドコーティング層１５０ｂは、かかるＣＦＲＰ層１５０ａの最外層、すなわち、フォーク１５０の外周面にポリイミドをコーティングすることによって形成される。

かかるコーティングは、たとえば、ポリイミドを含むフィルム素材であるポリイミドフィルムをフォーク１５０の外周面全体に渡って巻回することによって行うことができる。本実施形態では、かかるポリイミドフィルムによってポリイミドコーティング層１５０ｂを形成するものとする。

なお、ポリイミドフィルムを巻回する場合、図３Ｂに示すように、ＣＦＲＰ層１５０ａの最外層には、接着剤１５０ｂａが塗布され、その上にポリイミドフィルムが接着されることとなる。

ここで、ポリイミドフィルムを巻回する場合の巻回方向について、図４Ａを用いて説明しておく。図４Ａは、ポリイミドフィルムの巻回方向を示す図である。

たとえば、図４Ａに示すように、ポリイミドフィルムは、フォーク１５０を軸とするらせん状に巻回される（図中のらせん状の矢印参照）。このとき、フォーク１５０の外周面上において隣り合うポリイミドフィルムの端同士が、重なるように巻回されることが好ましい。

このようにポリイミドフィルムを巻回することにより、ＣＦＲＰ層１５０ａ（図３Ｂ参照）が、フォーク１５０の外周面に露出するのを防ぐことができるので、高温環境下におけるフォーク１５０の劣化を防止することができる。

なお、ポリイミドフィルムのフォーク１５０への巻回回数は、ポリイミドフィルム自体の幅などに応じたものとすればよい。

また、ポリイミドフィルムは、２重巻や３重巻のように積層して巻回してもよい。すなわち、積層回数によってポリイミドコーティング層１５０ｂの厚みを大きくすることで、フォーク１５０の耐熱性をより高め、高温環境下におけるフォーク１５０の劣化を防止することができる。

なお、巻回することなく、カットしたポリイミドフィルムをフォーク１５０の外周面へ貼り付けることとしてもよい。かかる変形例を、図４Ｂに示す。図４Ｂは、カットしたポリイミドフィルムＰｆを貼り付ける変形例を示す図である。

図４Ｂに示すように、ポリイミドフィルムＰｆを、ＣＦＲＰ層１５０ａの最外層、すなわち、フォーク１５０の外周面を覆うように貼り付けてもよい。このとき、図４Ｂの破線の矢印Ｃに示すように、ポリイミドフィルムＰｆは、フォーク１５０の外周面の角部を覆うように貼り付けられることが好ましい。

このようにフォーク１５０の外周面の角部を覆うことにより、ＣＦＲＰ層１５０ａが、フォーク１５０の各端面の境界である角部において露出するのを防止することができる。かかる点は、角部がＲ形状でない場合により効果的である。

また、図４Ｂの破線の閉曲線Ｍ２部およびＭ３部に示すように、ポリイミドフィルムＰｆそれぞれの端部を重ねるように貼り付けることで、やはりＣＦＲＰ層１５０ａが露出するのを防止することができる。

次に、上述の図２Ａおよび図２Ｂを用いた説明で触れたキャップの詳細について、図５Ａおよび図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、キャップ１５５の平面図および取り付け前後の様子を示す図であり、図５Ｂは、図５Ａに示すＡ−Ａ’断面図である。なお、図５Ａには、Ｚ軸の正方向からみた場合を、図５Ｂには、Ｙ軸の正方向から見た場合を、それぞれ示している。

図５Ａに示すように、キャップ１５５は、露出部１５５ａと、挿入部１５５ｂと、ネジ穴１５５ｃとを備える。露出部１５５ａは、キャップ１５５がフォーク１５０に取り付けられた場合に、フォーク１５０の最先端部として露出する部材である。

挿入部１５５ｂは、キャップ１５５がフォーク１５０に取り付けられる場合に、フォーク１５０先端の中空部分に挿し込まれる部材である。

ネジ穴１５５ｃは、図５Ｂに示すように、キャップ１５５がフォーク１５０に取り付けられた場合に、フォーク１５０のネジ穴１５４と連接する連接孔となる。そして、かかるネジ穴１５４およびネジ穴１５５ｃの連接孔へネジ２００が螺合されることによって、キャップ１５５は、フォーク１５０の先端部に固定される。

このように、キャップ１５５は、中空のフォーク１５０の先端部を塞ぐことによってフォーク１５０の内部を保護する保護部材である。すなわち、フォーク１５０の内周面に対して熱が伝達するのを抑える役割を果たし、フォーク１５０の内部からの劣化を防止する。

したがって、キャップ１５５は、前述のガイド１５１などと同様に、ポリイミド樹脂などの超耐熱性素材によって成形されることが好ましい。また、図５Ａに網掛け部分として示したように、露出部１５５ａの外周面にポリイミドコーティングを施すこととしてもよい。

なお、このようにキャップ１５５を取り付けた場合、フォーク１５０とキャップ１５５との間に接ぎ目Ｂが生じる。ここで、かかる接ぎ目Ｂからの熱の伝達を抑えるために、キャップ１５５に対し、たとえば、次の図５Ｃに示すような加工をあらかじめ施してもよい。

図５Ｃは、変形例に係るキャップ１５５を示す図である。なお、図５Ｃは、図５Ｂに示した破線の閉曲線Ｍ４部近傍の拡大図に相当する。

図５Ｃに示すように、キャップ１５５に対して、切り欠きａｈを設けることとしてもよい。かかる場合、キャップ１５５がフォーク１５０へ取り付けられた際に、フォーク１５０の端面および露出部１５５ａの接触箇所を減らすことができるので、熱の伝達を抑えることができる。あわせて、切り欠きａｈが空気溜りとして作用するため、同じく熱の伝達を抑えることができる。

ところで、これまでは、フォーク１５０の外周面全体に渡ってポリイミドコーティング層１５０ｂを形成する場合について述べてきたが、かかるポリイミドコーティング層１５０ｂをフォーク１５０の外周面の一部に設けることとしてもよい。

かかる変形例について、図６Ａおよび図６Ｂを用いて説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、部分的にポリイミドコーティング層１５０ｂを形成する変形例を示す図である。

図２Ａおよび図２Ｂを用いた説明でも述べたが、図６Ａに示すように、載置される基板１００は、フォーク１５０の有する１組のガイド１５１の間において、複数個の受け座１５２によって多点支持される。すなわち、これは、１組のガイド１５１の間の領域が、焼成後の基板１００の余熱などを受けやすい、言い換えれば、熱による劣化を生じやすいことを示している。

したがって、図６Ａの網掛け部分に示すように、かかる１組のガイド１５１の間にのみ、ポリイミドコーティング層１５０ｂを形成することによって、少なくとも熱による劣化を生じやすい領域を保護することができる。

また、このように部分的にポリイミドコーティングを施すことで、たとえば、ポリイミドフィルムの使用量を減らすことができるので、低コストでフォーク１５０の耐熱性を高めることが可能となる。

また、フォーク１５０の部位によって、ポリイミドコーティング層１５０ｂの厚みを異ならせてもよい。かかる場合の判断材料は、たとえば、あらかじめ想定される温度分布などによることができる。

図６Ｂに示すように、あらかじめ想定される温度分布の相対的な比較結果が、フォーク１５０の先端部から基部にかけて順に、高温を示す「高」、中温を示す「中」、低温を示す「低」であったものとする。

かかる場合、たとえば、「高」領域には、３重巻のポリイミドコーティング層１５０ｂ１を、「中」領域には、２重巻のポリイミドコーティング層１５０ｂ２を、「低」領域には、１重巻のポリイミドコーティング層１５０ｂ３を、それぞれ設けることができる。

このように部分的に厚みを異ならせることによっても、低コストでフォーク１５０の耐熱性を高めることが可能である。

上述してきたように、実施形態に係るハンドは、繊維強化プラスチックによって形成されたフォークを備える。フォークは、外周面にポリイミドをコーティングすることによって形成したコーティング層を有する。

したがって、実施形態に係るハンドによれば、高温環境下における劣化を防止することができる。

なお、上述した実施形態では、主としてポリイミドフィルムを例に挙げて説明を行ったが、一般にポリイミドフィルムは見た目もよく、巻き付けやすい素材として知られている。したがって、かかるポリイミドフィルムを用いることによって、フォークの見た目を損なわず、かつ、容易に耐熱性を高められるという効果も生むことができる。

また、上述した実施形態では、フォークの外殻の主材がＣＦＲＰである場合について説明したが、これに限られるものではなく、繊維強化プラスチックであればその母材（たとえば、熱硬化性樹脂）およびその強化材（たとえば、炭素繊維）などを問わない。

また、上述した実施形態では、フォークが中空構造である場合を例に挙げたが、これに限られるものではない。たとえば、フォークが中実構造である場合に、その外周面にポリイミドコーティングを施すこととしてもよい。

また、上述した実施形態では、搬送される基板が、主に液晶パネルのガラス基板である場合を例に挙げて説明したが、薄板状の基板全般を含むことができるのは言うまでもない。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 基板搬送システム
１０ ロボット
１１ 昇降機構
１２ 旋回機構
１３ 伸縮機構
１４ 支持部材
１５ ハンド
１６ ベース
２０ コントローラ
３０ カセット
１００ 基板
１５０ フォーク
１５０ａ ＣＦＲＰ層
１５０ｂ ポリイミドコーティング層
１５０ｂ１、１５０ｂ２、１５０ｂ３ ポリイミドコーティング層
１５０ｂａ 接着剤
１５１ ガイド
１５２ 受け座
１５３ センサ
１５４ ネジ穴
１５５ キャップ
１５５ａ 露出部
１５５ｂ 挿入部
１５５ｃ ネジ穴
２００ ネジ

Claims (7)

1. 繊維強化プラスチックによって形成され、ポリイミドを含むフィルム素材であるポリイミドフィルムがらせん状に巻回されることによって形成されたコーティング層を有するフォーク
   を備えることを特徴とするハンド。
2. 前記フォークは、
   外周面の一部に前記コーティング層を有することを特徴とする請求項１に記載のハンド。
3. 前記フォークは、
   基板を載置する部材であって、
   前記基板を載置する領域の外周面に前記コーティング層を有することを特徴とする請求項２に記載のハンド。
4. 前記フォークは、
   当該フォークの部位によって前記コーティング層の厚みが異なることを特徴とする請求項１、２または３に記載のハンド。
5. 前記フォークは、
   前記部位それぞれについて、あらかじめ想定される温度分布に応じた厚みの前記コーティング層を有することを特徴とする請求項４に記載のハンド。
6. 前記フォークは、
   先端部の前記コーティング層の厚みが、基部の前記コーティング層の厚みと比べて大きいことを特徴とする請求項４または５に記載のハンド。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載のハンド
   を備えることを特徴とするロボット。

Images