JP5582021B2 - 物品搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、搬送装置、特に、ファンを用いて物品を接触および非接触の少なくともいずれかで搬送する物品搬送装置に関する。

半導体基板及びガラス基板等の物品を保持する場合、非接触で物品を搬送する物品搬送装置が半導体製造工場や液晶製造工場で広く用いられている。例えば、ファンを用いた浮上搬送により物品を搬送する物品搬送装置が従来知られている（例えば、特許文献１参照）。従来の物品搬送装置は浮上用のファンユニットと、推進用のファンユニットと、を有している。各ファンユニットは、上部に吹き出し口を有する筐体と、筐体内に配置されたファンと、を有している。また、物品の位置を検出するための搬送物センサが搬送経路に配置されている。搬送物センサとしては、例えば超音波センサおよびガラス基板の有無に応じて異なる誘電率を測定するセンサ等が開示されている。

特開２００５−７５４９９号公報

従来のファンを用いて物品を浮上搬送する物品搬送装置では、物品の位置等検出するために検出器が必要になる。また、ファンを用いて非接触で物品を搬送する場合、物品との距離を検出するための検出器を用いる場合もある。このように、ファンを用いて物品を搬送する場合、物品に関わる種々の検出器が必要になる。

本発明の課題は、ファンを用いて物品を搬送する物品搬送装置において、物品に関わる検出器を可及的に減らせるようにすることにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係る物品搬送装置は、接触及び非接触の少なくともいずれかで物品を搬送する物品搬送装置である。物品搬送装置は、筐体と、ファンと、通気部と、負荷検出部と、ファン制御部と、を備えている。筐体は、物品に対向する物品対向部を有する。ファンは、筐体の内部に設けられる。通気部は、物品対向部に設けられ、ファンとの間で空気を流す。負荷検出部は、ファンの負荷を検出する。ファン制御部は、負荷検出部の検出結果によりファンを制御する。
この物品搬送装置では、ファンが回転することにより、ファンから生じる空気の流れの作用により、物品が保持される或いは物品が浮上して物品が搬送される。また、ファンの回転によりその負荷が負荷検出部により検出され、その検出された負荷に応じてファンが制御される。例えば、ファンによる浮上搬送の場合は、負荷検出部の検出結果により物品の有無を検出できる。また、ファンの空気の流れにより物品を接触または非接触で保持する場合には、物品からの距離、物品の有無等を負荷検出部の検出結果により検出できる。
この検出結果により、ファンが制御される。例えば、浮上搬送の場合は、複数のファンを並べて配置したときに、搬送方向上流側のファンに物品が位置しているときに、ファン制御部が搬送方向下流側のファンの回転速度を待機状態から浮上可能状態に上昇させる。また、物品を保持する場合は、物品対向部からの距離が一定になるようにファン制御部がファンの回転速度を制御する。ここでは、負荷検出部の検出結果により物品に関するデータを得ることができるので、物品に関する検出器を可及的に減らすことができる。

負荷検出部は、ファンに流れる電流値を測定する電流値測定部を有してもよい。
これにより、ファンを駆動するモータに流れる電流値を測定してファンの負荷を容易に検出できる。

ファン制御部は、負荷検出部が検出した負荷により物品対向部と物品との距離を算出する距離算出部を有する。
これにより、負荷の検出により物品対向部と物品との距離を算出して、例えば、物品対向部と物品との距離が一定になるようにファンを制御することができる。このため、レーザ距離計等の距離検出用の高価な検出器が不要になり、距離検出専用の検出器を減らすことができる。

本発明によれば、負荷検出部の検出結果により物品に関するデータを得ることができるので、物品に関する検出器を可及的に減らすことができる。

本発明の一実施形態による物品搬送装置である移載装置の斜視図。 その物品保持装置の底面図。 その側面図。 図２のＩＶ−ＩＶ断面図。 ファン制御部のブロック図。 ファン制御部の制御動作を示すフローチャート。

（１）全体構成
図１において、本発明の一実施形態による物品搬送装置である移載装置１０は、例えば、大型液晶用のガラス基板ＳをカセットＣと図示しない搬送装置との間で移載する。移載装置１０は、例えばスカラロボットからなる移載ロボット１２と、例えば４つの物品保持装置２０と、を備えている。カセットＣは、内部に複数段の棚部Ｃａを有している。各棚部Ｃａは、左右に間隔を隔てて配置された３つの棚板Ｃｂを有している。

移載ロボット１２は、フレーム部１２ａと、フレーム部１２ａに装着された第１アーム部１２ｂと、第１アーム部１２ｂに装着された第２アーム部１２ｃと、を有している。また、移載ロボット１２は、第２アーム部１２ｃの先端に装着された移載アーム１４を有している。この移載アーム１４の先端に４つの物品保持装置２０が装着されている。

第１アーム部１２ｂは、フレーム部１２ａに昇降かつ昇降軸Ｅ回りに旋回自在に装着されている。第２アーム部１２ｃは、第１アーム部１２ｂの先端に昇降軸Ｅと平行な軸回りに旋回自在に装着されている。第２アーム部１２ｃの先端に移載アーム１４が装着されている。移載アーム１４は、第２アーム部１２ｃの先端に昇降軸Ｅと平行な軸回り旋回自在に装着されている。したがって、移載ロボット１２は、平行な３つの関節軸と１つの昇降軸Ｅとを有している。

移載アーム１４は、第２アーム部１２ｃの先端に所定高さ離反して配置されている。これにより、物品保持装置２０及びそれに保持されるガラス基板Ｓをかわせるようになっている。移載アーム１４は、この実施形態では、二股に分かれるフォーク１４ａ及びフォーク１４ｂを有している。フォーク１４ａ及びフォーク１４ｂの下面に２つの物品保持装置２０が間隔を隔てて固定されている。フォーク１４ａ及びフォーク１４ｂは、カセットＣの棚板Ｃｂの間に配置可能である。

（２）物品保持装置
物品保持装置２０は、物品としてのガラス基板Ｓの上面を非接触で保持するものである。物品保持装置２０は、図２〜図４に示すように、装置本体２１を備えている。装置本体２１は、ガラス基板Ｓに対向可能なケース２２（筐体の一例）と、ケース２２内に配置されたファン２４と、吸い込み口２６（通気部の一例）と、吹き出し口２８（通気部の一例）と、を有している。また、物品保持装置２０は、ケース２２の内部にファン２４を制御するファン制御部３０と、吸い込み口２６と連通する吸気部３４と、負荷検出部としての電流値測定部５５と、をさらに備えている。

（３）ケース
ケース２２は、内部にファン２４と、ファン制御部３０と、後述するモータ駆動回路５３と、が設けられている。ファン制御部３０とモータ駆動回路５３は、ケース２２内に設けられた制御ケース３３に収納されている。ケース２２は、金属又は合成樹脂製であり、ガラス基板Ｓに対向する平面を有している。ケース２２は、概ね直方体の箱形で構成されるケース本体４０と、ケース本体４０に間隔を隔てて固定された物品対向部４２と、を有している。

ケース本体４０の上面は、フォーク１４ａ又はフォーク１４ｂに固定されている。ケース本体４０は、下方が正方形に開口し内部に空間４０ａを有する第１部材４０ｂと、第１部材４０ｂの開口を塞ぐ第２部材４０ｃと、を有している。第１部材４０ｂは、例えば、金属薄板の折り曲げ又はプレス成形して形成された枠状の部材である。第２部材４０ｃは、正方形の板状部材であり、第１部材４０ｂに例えばねじや接着等の適宜の固定手段により固定されている。第２部材４０ｃは、第１部材４０ｂの開口の内側に嵌合している。第２部材４０ｃは、ガラス基板Ｓに対向可能な平面を有し、平面の中心には、吸い込み口２６を構成する円形の第１開口４０ｄが形成されている。第１開口４０ｄの周囲には、吹き出し口２８を構成する円形の複数（例えば、１８個）の第２開口４０ｅが第１開口４０ｄの中心を中心とする円周上に間隔を隔てて配置されている。ここで、複数の第２開口４０ｅの面積の和は、同じ平面に第１開口４０ｄ及び第２開口４０ｅを形成した場合、第１開口４０ｄの面積の１／３以上２／３以下に設定されている。本実施形態では、外周側に吹き出し口２８があり、内側の吸い込み口２６に比べて吹き付ける風が外側に逃げることにより作用する力が小さくなる。このため、面積を小さくして吹き出し圧力を上げている。

物品対向部４２は、ガラス基板Ｓに対向する平面を有している。物品対向部４２は、第２部材４０ｃに間隔を隔てて配置された概ね正方形の板状部材である。物品対向部４２は、主に吸気部３４を構成するために設けられている。すなわち、ケース２２との間の隙間が吸気部３４となっている。物品対向部４２の中心には、第１開口４０ｄに対向して円形の第３開口４２ａが形成されている。第３開口４２ａは、第１開口４０ｄと同径の孔であり、第３開口４２ａも吸い込み口２６を構成している。第３開口４２ａの周囲には、複数の第２開口４０ｅに対向して複数の第４開口４２ｂが形成されている。第４開口４２ｂは、第２開口４０ｅと同径の孔であり、第４開口４２ｂも吹き出し口２８を構成している。第２開口４０ｅと第４開口４２ｂの配置部分には、吹き出し口２８と吸気部３４との連通を防止するための複数の間座部材４４が配置されている。複数の間座部材４４は、第２開口４０ｅ及び第４開口４２ｂと同芯に配置されている。間座部材４４は座金形状の部材であり、第２開口４０ｅ及び第４開口４２ｂと同径の貫通孔４４ａを有している。吸気部３４は、前述したようにケース本体４０と物品対向部４２との間の隙間に配置されている。したがって、吸気部３４は、ケース２２の下面ではなく下面に沿って配置され側部に開口している。吸気部３４は、吸い込み口２６と連通し、吹き出し口２８とは連通していない。これにより、吸い込み口２６の第３開口４２ａに誤ってガラス基板Ｓが接触し、第３開口４２ａがガラス基板Ｓにより塞がれても、吸気部３４から気体を吸い込んで吹き出し口２８から吹き出すことができる。このため、ガラス基板Ｓが吸い込み口２６に接触しにくくなる。

（４）ファン
ファン２４は、その回転中心が吸い込み口２６と同芯に配置されている。ファン２４は、例えば、シロッコファン、ターボファン、及びプロペラファン等を用いた回転ファン部５０を有している。この実施形態では、回転ファン部５０は、ターボファンに比べて風量が多いシロッコファンを用いているが、その他の形態のものでもよい。また、ファン２４は、回転ファン部５０を回転駆動するファンモータ５２と、ファンモータ５２を固定するファンケース５４と、を有している。ファンモータ５２は、例えば、モータ軸５２ａがファンケース５４に固定された軸固定形の直流ブラシレスモータである。回転ファン部５０はファンモータ５２のモータケース５２ｂに固定されている。ファンケース５４は、平面視Ｊ字状であり、第２部材４０ｃに固定されている。ファン２４は吸い込み部５４ａが吸い込み口２６に対向してファンケース５４の下面に配置され、吹き出し部５４ｂが吹き出し口２８に連通してファンケース５４の側部に配置されている。なお、ファン２４において、吸い込み側と吹き出し側とを区分けできるものであれば、ファンケース５４はなくてもよい。

（５）電流値測定部
電流値測定部５５は、モータ駆動回路５３に設けられている。モータ駆動回路５３は、ファンモータ５２を例えばＰＷＭ（パルス幅変調 Pulse Width Modulation）駆動するＦＥＴ（電界効果トランジスタ:Field Effect Transistor）を有している。また、モータ駆動回路５３は、ＰＷＭ駆動の際にファンモータ５２に流れる電流値を測定する電流値測定部５５を有している。

（６）ファン制御部
ファン制御部３０は、例えば、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェイス等を含むマイクロコンピュータを備えている。ファン制御部３０は、ソフトウェアで実現される機能構成として距離算出部３２を有している。距離算出部３２は、電流値測定部５５で測定されたファンモータ５２に作用する負荷を示す電流値によりガラス基板Ｓとの距離を算出する。ファン制御部３０は、算出された距離が一定になるようにファン２４のファンモータ５２の回転速度をフィードバック制御する。

図５に示すように、ファン制御部３０には、外部通信部３６と、ファンモータ５２が接続されたモータ駆動回路５３と、が接続されている。外部通信部３６は、無線、有線等の通信手段（例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１５．１やＩＥＥＥ ８０２．１５．４で規定される無線通信規格）で外部装置と通信可能なものである。この実施形態では、ファン制御部３０は、外部通信部３６を介して移載装置１０の制御を行う移載制御部６０と通信可能である。移載制御部６０もファン制御部３０と同様な１又は複数のマイクロコンピュータを有している。移載制御部６０には、外部通信部３６を含む外部装置と通信可能な外部通信部６２と、移載ロボット１２と、が接続されている。

（７）移載制御部
移載制御部６０は、ファン制御部３０にガラス基板Ｓを保持する保持命令及びガラス基板Ｓの保持を解除する解除命令を出力する。移載制御部６０には、外部通信部６２を介して工場内の上位コントローラ（図示せず）から搬送指令が与えられる。この搬送指令には、ガラス基板Ｓの質量のデータ及び移載ロボット１２の動作位置毎の加速度を含む動作パターンのデータが含まれている。なお、搬送指令に表面粗さデータ、物品のたわみやすさのデータを含んでもよい。これは表面粗さが粗いと気体による吸着力が弱くなるからである。また、物品がたわみやすいと、物品を慎重に吸着する必要があるからである。この搬送指令に含まれるデータは、移載制御部６０が搬送指令を受け取ると、保持命令を出力する前にファン制御部３０に外部通信部６２及び外部通信部３６を介して送信される。ファン制御部３０は、これらのデータを受け取ると、それらのデータを加味してファンモータ５２を制御する。移載制御部６０は、ガラス基板Ｓに移載アーム１４が配置されると、ファン制御部３０にガラス基板Ｓを保持する保持命令及び保持を解除する解除命令を送信する。この保持命令及び解除命令を受け取ってファン制御部３０はファンモータ５２を制御する。

（８）ファン制御部の制御動作
次に、ファン制御部３０の制御動作を図６に示すフローチャートに基づいて説明する。
ファン制御部３０に電源が投入されると、ステップＳ１で初期設定がなされる。この初期設定では、各種の変数やフラグがリセットされる。ステップＳ２では、搬送指令に含まれる質量データを受信したか否かを判断する。質量データを受信していない場合は、ステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、保持命令を受信したか否かを判断する。保持命令を受信していない場合は、ステップＳ４に移行する。ステップＳ４では、解除命令を受信したか否かを判断する。解除命令を受信していない場合は、ステップＳ２に戻る。

質量データを受信すれば、ステップＳ２からステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０では、受信した質量データに基づいて、ファンモータ５２の回転速度Ｖｓ及びガラス基板Ｓとの距離Ｌｓを設定する。この２つの設定値は、質量データに応じて、例えば、マップデータの形でマイクロコンピュータ内の内部メモリに記憶されている。例えば、回転速度Ｖｓは、質量が大きいほど、速度が速くなるように設定されている。また、距離Ｌｓを質量が大きいほど、大きくなるように設定してもよい。
ステップＳ１０で設定が終わるとステップＳ３に移行する。

保持命令を受信すれば、ステップＳ３からステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、すでにファンモータ５２が正転（すなわち、吸い込み口２６から吸い込む回転方向）しているか否かを判断する。ファンモータ５２が正転していない場合は、ステップＳ１２に移行して、ファンモータ５２を正転させ、ステップＳ１３に移行する。ファンモータ５２が正転している場合は、ステップＳ１３に移行する。ファン２４が正転（図２に矢印で示す反時計回り）することにより、気体が図２及び図３に白抜き矢印で示すように流れ、吸い込み口２６から気体が吸い込まれ、吹き出し口２８から吹き出される。このとき、吹き出し口２８らか吹き出される風の力と、ガラス基板Ｓの重量と、反発力と、の和が、吸い込み口２６から吸い込まれる風の力と等しくなると、非接触でガラス基板を物品保持装置２０により保持できる。したがって、吸い込み口２６や吹き出し口２８からの風が斜めになると、風量は同じでも風の力は弱くなる。

ステップＳ１３では、電流値測定部５５の測定値を取り込んで得られた距離算出部３２で算出された距離Ｌを取り込む。ここで、電流値で距離を算出できる理由は、ファン２４は、取り込んだ空気を吹き出す際に空気を押し出すため、負荷が発生する。ファン２４とガラス基板Ｓとの距離が小さくなると、取り込む空気の量が減るとともに、押し出す空気の量も減る。このため、負荷すなわち空気抵抗が小さくなり、電流値が小さくなるからである。この距離算出部３２による距離の算出は、単に電流値から距離を算出するのではなく、ガラス基板の仕様毎に予め電流値と距離との関係を調べておき、その結果をマップデータの形で記憶して読み出すようにしてもよい。これにより、制御の高速化に対応できる。

ステップＳ１４では、算出距離ＬがステップＳ１０で設定された距離Ｌｓから制御距離ｄＬ（例えば１ｍｍ）を減算した減算距離未満か否か、つまりガラス基板Ｓが物品保持装置２０に接近しすぎているか否かを判断する。算出距離Ｌが減算距離以上のときは、ステップＳ１４からステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５では、算出距離Ｌが設定された距離Ｌｓに制御距離ｄＬ（例えば１ｍｍ）を加算した加算距離を超えているか否か、つまり、ガラス基板Ｓが物品保持装置２０から離反しすぎているか否かを判断する。

算出距離Ｌが減算距離未満のときは、ステップＳ１４からステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６では、ファンモータ５２の回転速度Ｖを設定された回転速度Ｖｓから速度ｄＶだけ減少させた値にする。例えば、モータ駆動回路５３に対して与えるデューティ比を例えば５％程度下げる。

算出距離Ｌが加算距離を超えているときは、ステップＳ１５からステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７では、ファンモータ５２の回転速度Ｖを設定された回転速度Ｖｓから速度ｄＶだけ増加させた値にする。例えば、ファンモータ５２をデューティ比によりＰＷＭ（パルス幅変調）制御する場合は、例えば、モータ駆動回路５３に対して与えるデューティ比を例えば５％程度あげる。これらの処理が終了すれば、ステップＳ４に移行する。

解除命令を受信すれば、ステップＳ４からステップＳ１８に移行する。ステップＳ１８では、モータ駆動回路５３を介してファンモータ５２を所定時間逆転させる。これにより、吸い込み口２６から気体が吹き出してガラス基板Ｓの保持が解除される。

（９）特徴
物品搬送装置としての移載装置１０は、非接触でガラス基板Ｓを搬送する。物品搬送装置は、移載ロボット１２と、物品保持装置２０と、を有している。物品保持装置２０は、ケース２２と、ファン２４と、吸い込み口２６および吹き出し口２８と、電流値測定部５５と、ファン制御部３０と、を備えている。ケース２２は、ガラス基板Ｓに対向する物品対向部４２を有する。ファン２４は、ケース２２の内部に設けられる。吸い込み口２６および吹き出し口２８は、物品対向部４２に設けられ、ファン２４との間で空気を流す。電流値測定部５５は、ファン２４の負荷を検出する。ファン制御部３０は、電流値測定部５５の検出結果によりファンを制御する。
この移載装置１０では、ファン２４が回転することにより、ファン２４から生じる空気の流れの作用により、ガラス基板Ｓが保持され、ガラス基板Ｓが搬送される。また、ファン２４の回転によりその負荷が電流値測定部５５により検出され、その検出された負荷に応じてファン２４が制御される。具体的には、ガラス基板Ｓからの距離を電流値測定部５５の検出結果により測定できる。
この検出結果により、ファン２４が制御される。例えば、物品対向部４２からの距離Ｌが一定になるようにファン制御部３０がファン２４の回転速度を制御する。ここでは、負荷検出部である電流値測定部５５の検出結果によりガラス基板Ｓに関するデータを得ることができるので、ガラス基板Ｓに関する検出器、具体的には距離センサを可及的に減らすことができる。

ファン制御部３０は、電流値測定部５５が測定した負荷（電流値）により物品対向部４２とガラス基板Ｓとの距離Ｌを算出する距離算出部３２を有する。
これにより、負荷の検出により物品対向部４２とガラス基板Ｓとの距離Ｌを算出して、例えば物品対向部４２とガラス基板Ｓとの距離Ｌが一定になるようにファン２４を制御することができる。このため、レーザ距離計等の距離検出用の高価な検出器が不要になり、距離検出専用の検出器を減らすことができる。

（１０）他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（Ａ）前記実施形態では、物品としてガラス基板を非接触で保持して搬送する物品搬送装置を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、物品を吸着して接触した状態で搬送する物品搬送装置にも本発明を適用できる。また、物品をファンにより浮上させて搬送する浮上搬送装置にも本発明を適用できる。
物品を吸着した状態で搬送する物品搬送装置では、筐体に通気部としての吸い込み口を設け、負荷検出部の検出結果により物品を保持したことを検出できる。これにより、例えば物品の搬送開始タイミングを制御できる。また、物品を浮上させて搬送する物品搬送装置では、筐体に通気部としての吹き出し口を設け、負荷検出部の検出結果により物品がファン上にあることが検出できる。これにより、例えば、搬送方向下流側にあるファンの回転速度を待機状態から浮上可能状態に上昇させる制御を行える。

（Ｂ）前記実施形態では、ファン２４の数がケース２２内に１つであったが複数でもよい。

（Ｃ）前記実施形態では、負荷検出部の検出結果により物品と物品対向部との距離を算出し、距離が一定になるように制御したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ファンモータの回転速度の低下により負荷を検出するようにしてもよい。特に、ブラシレスモータの場合、回転センサが内蔵されているものがあるため、内蔵された回転センサを利用してもよい。また、回転センサが内蔵されていない場合は、逆起電流の変化により回転速度を検出してもよい。

本発明は、ファンを用いて物品を搬送する物品搬送装置に広く適用可能である。

１０ 移載装置
１２ 移載ロボット
１２ａ フレーム部
１２ｂ 第１アーム部
１２ｃ 第２アーム部
１４ 移載アーム
１４ａ フォーク
１４ｂ フォーク
２０ 物品保持装置
２１ 装置本体
２２ ケース（筐体）
２４ ファン
２６ 吸い込み口（通気部）
２８ 吹き出し口（通気部）
３０ ファン制御部
３２ 距離算出部
３３ 制御ケース
３４ 吸気部
３６ 外部通信部
４０ ケース本体
４０ａ 空間
４０ｂ 第１部材
４０ｃ 第２部材
４０ｄ 第１開口
４０ｅ 第２開口
４２ 物品対向部
４２ａ 第３開口
４２ｂ 第４開口
４４ 間座部材
４４ａ 貫通孔
５０ 回転ファン部
５２ ファンモータ
５２ａ モータ軸
５２ｂ モータケース
５３ モータ駆動回路
５４ ファンケース
５４ａ 吸い込み部
５４ｂ 吹き出し部
５５ 電流値測定部（負荷検出部）
６０ 移載制御部
６２ 外部通信部
Ｃ カセット
Ｓ ガラス基板

Claims (2)

1. 接触及び非接触の少なくともいずれかで物品を搬送する物品搬送装置であって、
   前記物品に対向する物品対向部を有する筐体と、
   前記筐体の内部に設けられたファンと、
   前記物品対向部に設けられ、前記ファンとの間で空気を流す通気部と、
   前記ファンの負荷を検出する負荷検出部と、
   前記負荷検出部の検出結果により前記ファンを制御するファン制御部と、
   を備え、
   前記負荷検出部は、前記ファンに流れる電流値を測定する電流値測定部を有し、
   前記ファン制御部は、前記電流値測定部が測定した電流値から前記物品対向部と前記物品との距離を算出する距離算出部を有する、物品搬送装置。
2. 前記距離算出部は、前記電流値測定部が測定した電流値に基づいて、前記電流値に対応する前記物品対向部と前記物品との距離を予め記憶されたマップデータから読み出す、請求項１に記載の物品搬送装置。
   

Images