JPH05228881A

JPH05228881A - ロボット

Info

Publication number: JPH05228881A
Application number: JP7224192A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Watanabe; 和秀渡辺; Yoichi Kanemitsu; 陽一金光; Naoharu Hirashiro; 直治平城; Shinichi Moriyama; 伸一森山
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1992-02-21
Filing date: 1992-02-21
Publication date: 1993-09-07

Abstract

(57)【要約】【目的】高度の清浄度が要求される半導体の製造工程
等の特殊環境下での使用に好適なロボットを提供する。【構成】先端にハンド（１）を具備するアーム（２）
の一端を水平方向を軸心として保持し非接触で回転させ
るアーム駆動手段（３）と、該アーム駆動手段（３）が
固定されたアウターロータ（５）を鉛直方向を軸心とし
て非接触で回転させるアウターロータ回転手段（６）
と、該アウターロータ回転手段（６）を鉛直方向に移動
させる上下駆動手段（７）とを具備することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットに係り、特に
発塵や潤滑が問題となる特殊環境下（宇宙、真空中、ク
リーンルーム、液体中）で使用することができるロボッ
トに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体製造プロセスに於いて、
高いクリーン度を維持するためにクリーンルーム内で使
用するロボットには以下の対策が必要とされる。（１）低発塵、無発塵機構の採用。発塵要素を除去する
か、又は削減し、低発塵又は無発塵機構を採用する。（２）防塵機構の組み込み。防塵機構を組み込み、内部
発生粒子の外部流出を防止するとともに拡散防止をす
る。（３）信頼性、保全性の向上。信頼性、保全性の向上を
はかりメンテナンスフリー化を図る。

【０００３】具体的な対策方法としては以下の方法があ
る。（１）内部負圧吸引ロボットの内部を負圧として、外部に開口した部分を通
して塵埃が流出しないように、常に外部から内部に向か
う空気の流れを作る。（２）磁性流体シール磁性流体によってロボット内部と外部を完全に分離し、
内部からの塵埃の拡散防止を図る。（３）ＡＣサーボモータブラシが無いため、従来のＤＣサーボモータに比べそれ
自体の発塵が少なくなり、メンテナンスもフリーにな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】宇宙、真空中、クリー
ンルーム、液体中などの特殊環境下では、アクチュエー
タの接触部からの発塵や、軸受部に潤滑を要することな
どが問題となる。例えば、半導体製造分野ではＬＳＩの
高集積化が進み、よりクリーン度の高い製造環境、装置
が要求されている。このため現在、製造プロセス内の無
人化が進められているが、使用するロボット内部からの
発塵や、潤滑を必要とする部分のメンテナンス等が問題
となっている。現状ではこれらの問題に対応するために
発塵源となるロボットに防塵機構を設けるなど前述の対
応策を施している。

【０００５】本発明は係る事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、防塵機構を設ける等の対策を
せずに位置決め精度がよく無発塵、無潤滑のロボットを
実現し、特殊環境下でも問題なく使用することができる
ロボットを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のロボットは、先
端にハンドを具備するアームの一端を水平方向を軸心と
して保持し非接触で回転させるアーム駆動手段と、該ア
ーム駆動手段が固定されたアウターロータを鉛直方向を
軸心として非接触で回転させるアウターロータ回転手段
と、該アウターロータ回転手段を鉛直方向に移動させる
上下駆動手段とを具備することを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明のロボットによれば、アーム駆動手段
は、先端にハンドを有するアームの一端を水平方向を軸
心として保持し非接触で上下に回転させる。又、アウタ
ーロータ回転手段は、アーム駆動手段が固定されたアウ
ターロータを、鉛直方向を軸心として非接触で回転させ
る。従って、機械的接触部分が無く無発塵となり、潤滑
も不要で、雰囲気が汚染されることは無く、メンテナン
スフリーとなる。更にアーム駆動手段、アウターロータ
回転手段は、磁気軸受とパルスモータにより駆動される
ため、高精度に位置決めを行うことができ、上下駆動部
を具備することから、コンパクトな動作が可能となる。
このため、ロボットの入った容器を高真空（高清浄度）
にすることが容易であり、特殊環境での使用に好適なロ
ボットが提供される。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例のロボットの構造
図である。本ロボットは、高清浄度の要求される半導体
製造工程の、真空容器内で、半導体ウェファを運搬する
作業を行うことを目的としている。即ち、本ロボット
は、アームの先端のハンドに半導体ウェファを載置し
て、回転（水平軸心）、回転（鉛直軸心）、上下の３自
由度運動が可能であり、この運動によって、半導体ウェ
ファを半導体製造装置間で運搬するものである。

【０００９】ロボットのアーム２は、その先端にハンド
１を具備し、ハンド１には半導体ウェファ等の被搬送物
が載置され、その他端は、水平方向を軸心とするアーム
駆動手段３により保持される。アーム駆動手段３はアー
ム２の端部を磁気軸受で非接触支持し、ステッピングモ
ータでアーム２を上下に水平方向を軸心として回転させ
る。アーム駆動手段３は、アウターロータ５に固定さ
れ、アウターロータ５を鉛直方向を軸心として非接触で
回転させるアウターロータ型回転手段６によって駆動さ
れ、このアウターロータ型回転手段６は、更に鉛直方向
に移動させる上下駆動手段７によって駆動される。

【００１０】このロボットの可動部分は、真空容器内の
高真空度（高清浄度）を破壊しないように、アーム駆動
手段及びアウターロータ回転手段６は磁気軸受によって
非接触支持されている。又、これら駆動手段を構成する
磁気軸受及びステッピングモータの電磁石は、コイル等
より発生するガス等による汚染を防止するため、キャン
９内に密閉されている。上下駆動部７は、スクリューネ
ジ５９によって、機械的に上下されるため、同様に、キ
ャン９内に密閉されている。キャンの端部５８はハーメ
チックシールされており、アーム駆動手段３への給電は
テフロン被覆同軸多芯線５７によって行われる。

【００１１】次に、このロボットの半導体ウェファの運
搬動作について説明する。まず、ウェファ処理室１２
で、アーム２は水平状態の位置でハンド１に半導体ウェ
ファを載置する。アーム駆動手段３が、水平方向を軸心
としてアーム２の一端を保持し、回転させることにより
アーム２を上方に傾けると共に、上下駆動手段７によっ
て、アウターロータ５を鉛直方向に点線で図示する位置
まで下降させる。結果として、アーム２は点線で図示す
るように傾き、ハンド１はウェファ処理室１２より出
て、ウェファを搬出する。そして、アウターロータ回転
手段６が鉛直方向を軸心としてアウターロータを回転
し、アームを他のウェファ処理室の前迄回転移動する。
従って、ハンド１に載置された半導体ウェファは、他の
ウェファ処理室の前迄、アーム２の回転移動によって運
ばれる。そして、上下駆動手段７によって、アウターロ
ータ回転手段６を上方に移動させると共に、アーム駆動
手段３がアームを水平方向を軸心として下方に回転する
ことによって、ロボットアーム２を水平位置迄下げる。
この動作によってハンド１に載置された半導体ウェファ
は、ウェファ処理室１２より、他のウェファ処理室に運
搬される。

【００１２】図２は、ロボットアームの構造図である。
ハンド１を先端に具備するアーム２は、水平方向に軸心
を有するアーム駆動手段３に枢着されており、アーム２
はインナーロータ１３に固定されている。アーム駆動手
段３は、鉛直方向に軸心を有するアウターロータ型ステ
ッピングモータ兼磁気軸受であるアウターロータ回転手
段６によって駆動されるアウターロータ５に固定されて
いる。

【００１３】図３は、アーム駆動手段であるインナーロ
ータ型ステッピングモータ兼磁気軸受の構造図である。
アーム２は磁性体３０を具備するインナーロータ１３に
固定されている。放射状の電磁石２１，２６は、ラジア
ル磁気軸受兼ステッピングモータのステータを構成し、
その磁極には、軸方向に延在するスリット状の歯（凹
凸）を具備し、対向する磁性体３０の磁極３１，３３も
同様な歯を具備しラジアル方向に支承すると共に、イン
ナーロータ１３を回転させる。電磁石２１，２６は、磁
気軸受用コイル６１及びステッピングモータ用コイル６
２によって励磁される。磁性体３０の磁極３１，３３
は、ステータ側の歯と同様のピッチの位置（位相）のず
れた歯を具備し、ステータ側の磁極を順次、選択的に励
磁を強めることにより、その磁気吸引力によりロータ側
の磁極３１，３３の歯が回転力を受け回転する。永久磁
石２２，２５の磁束が通った磁極２３は、受動形スラス
ト磁気軸受を構成する。電磁石２４は、対向するロータ
側の磁性体３０の磁極３２をターゲットとしてスラスト
方向の振動を抑制するブレーキを構成する。また永久磁
石２２，２５はラジアル磁気軸受兼ステッピングモータ
２１，２６にバイアス磁束を与える。センサー２７，２
８はスラスト及びラジアル磁気軸受の兼用位置センサで
あり、インナーロータ１３のスラスト及びラジアル方向
の位置を検出する。センサー２９は、回転角のセンサで
あり、その磁極には対向するターゲットとなる磁極３９
と共にスラスト方向に歯（凹凸）を具備し、回転角によ
って磁気抵抗が変化することを利用して回転角を検出す
る。

【００１４】図４は、アウターロータ回転手段であるス
テッピングモータ兼磁気軸受の構造図である。アウター
ロータ型磁気軸受兼ステッピングモータを構成する電磁
石等は、キャン９によって密閉され、円筒状に配列され
ている。スラスト磁気軸受、永久磁石４２，４５、ブレ
ーキ用電磁石４３，４４と、ラジアル磁気軸受及びステ
ッピングモータを構成する電磁石４１，４６とが円筒状
に配列され、内周の磁性体５０を具備するアウターロー
タ５を非接触で保持し回転させるものである。円筒状の
永久磁石４２，４５は、スラスト磁気軸受の磁極から空
隙を介して、アウターロータ５の内周の磁性体５０を介
して電磁石４１，４６と磁気回路を形成し、空隙に生じ
る磁気せん断力により、アウターロータ５をスラスト方
向に保持する。尚、スラスト磁気軸受だけでは、スラス
ト方向の減衰効果がない為、電磁石４３，４４により減
衰力を与え、スラスト方向の振動を抑制する。

【００１５】電磁石４１，４６は、ステッピングモータ
とラジアル軸受とを兼ねたものを構成する。電磁石４
１，４６は、放射状の磁極の先端にスラスト方向に延在
するスリット状の歯を具備し、アウターロータ５の内周
の磁性体５０の対向する部分の磁極５１、５６にも磁性
体の歯を具備する。電磁石４１，４６の放射状の磁極
は、アウターロータ５の内周の磁性体５０の磁極５１，
５６と磁気回路を形成し、コイルの励磁電流の磁気吸引
力によりラジアル磁気軸受を構成する。電磁石４１，４
６の放射状の磁極の先端の歯及び対向するアウターロー
タ５の内周の磁極５１，５６の歯は、電磁石の磁極に対
応させてピッチの位置（位相）をあらかじめずらしてお
き、パルス電流を放射状の磁極に選択的に順次印加して
励磁することにより、磁性体の歯間の磁気吸引力によ
り、ステッピングモータとして、アウターロータ５をス
テータであるアウターロータ回転手段６の外周を回転さ
せる。

【００１６】スラスト兼ラジアル位置センサ４７，４８
は、アウターロータ５のスラスト方向及びラジアル方向
位置を検出し、電磁石４１，４３，４４，４６にフィー
ドバックすることにより、アウターロータ５を回転駆動
部６の中心軸の所定位置に支承する。回転角センサ４９
は、アウターロータ５の内周の磁極５５の歯の位置を検
出することにより、放射状の電磁石４１，４４を適切な
タイミングで順次励磁することにより、アウターロータ
５をステッピングモータとして回転させるためのもので
ある。

【００１７】回転駆動部６の中央には、スクリューネジ
５９によって、回転駆動部６を上下に移動する上下駆動
部７を具備する。スクリューネジ５９を回転することに
よって、アウターロータ回転手段６は機械的に上下し、
アウターロータ回転手段６に支承されたアウターロータ
５及びアウターロータに固定されたアーム駆動手段３も
共に上下に移動する。尚、スクリューネジ５９はキャン
９に密閉されているので、高清浄度の環境を汚染すると
いう問題は生じない。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように，本発明
のロボットによれば、アームを上下に回転するアーム駆
動手段及びアーム駆動手段を回転するアウターロータ回
転手段は、磁気軸受によって非接触で支持され、無発塵
となり、且つ潤滑の必要がない。又、キャンによって電
磁石コイル等が密閉されていることから、雰囲気中の汚
染が防止され、メンテナンスフリーとなる。更に駆動部
の構造がコンパクトで、容易に高真空度（高清浄度）に
することができ、又、パルスモータにより高精度の位置
決めが可能となるので、高清浄度の半導体製造工程等、
特殊環境で使用されるのに好適なロボットが実現され
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のロボットの構造図。

【図２】本発明の一実施例のロボットのアームの構造
図。

【図３】本発明の一実施例のロボットのアーム駆動手段
の構造図。

【図４】本発明の一実施例のロボットのアウターロータ
回転手段の構造図。

【符号の説明】

１ハンド２アーム３アーム駆動手段５アウターロータ６アウターロータ回転手段７上下駆動手段９キャン１２ウェファ処理室１３インナーロータ２１，２６，４１，４６ラジアル磁気軸受及びステッ
ピングモータ電磁石２２，２５，４２，４５永久磁石２３スラスト磁気軸受２４，４３，４４ブレーキ用電磁石２７，２８，４７，４８位置センサ２９，４９回転角センサ３０，５０磁性体３１，３２，３３，３８，３９，５１，５６磁極５７同軸多芯線５８キャンの端部５９スクリューネジ６１磁気軸受用コイル６２ステッピングモータ用コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端にハンドを具備するアームの一端を
水平方向を軸心として保持し非接触で回転させるアーム
駆動手段と、該アーム駆動手段が固定されたアウターロ
ータを鉛直方向を軸心として非接触で回転させるアウタ
ーロータ回転手段と、該アウターロータ回転手段を鉛直
方向に移動させる上下駆動手段とを具備することを特徴
とするロボット。