JPH0524294U - 真空チヤンバ用産業ロボツト装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】常圧下で用いられる耐圧性の低い気密シールの
適用を可能とし、且つ産業用ロボットの内部圧力の異常
時に真空チャンバ内の汚染を防止する。 【構成】真空チャンバＣのメインチャンバＣ１内に設置
された産業用ロボットＲは複数の軸系が接続されて成
り、該各軸系は互いに通気自在に連通されると共に、常
圧用の気密シールで封止されている。そして、上記産業
用ロボットＲにはロボット用真空装置３２が接続され、
上記真空チャンバＣに区画形成されたサブチャンバＣ２
にはチャンバ用真空装置４０が接続されている。更に、
上記産業用ロボットＲ内と真空チャンバＣ内とを所定差
圧に保持する差圧保持手段Ｖが設けられている。加え
て、上記産業用ロボットの内部圧力と、真空チャンバの
内部圧力との差圧が所定値を越えると該産業用ロボット
Ｒ内とサブチャンバＣ２内とを連通する補助排気手段４
４が設けられている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、真空チャンバ内に設置されて作業を行う産業用ロボットを備えた 真空チャンバ用産業ロボット装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、装置全体を真空チャンバ内に設置した状態で作業を行う自動装置は、 例えば、実開昭６２−１５８７５７号公報や、実開平１−１５３６３８号公報等 に開示されて公知である。この種の自動装置は、扱い得るワーク重量に限度があ り、動作範囲が狭いなど、適用対象が軽作業に限られ、単純作業しか行えない。 一方、例えば磁気ディスクの製造過程において、真空チャンバ内におけるワーク の取扱いや処理を、より自由に、大重量のワークでも、能率よく、高い作業精度 の下に行えるようにすることが要請されつつあり、こうした要請に応えるために 、産業用ロボットの導入が検討されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

そこで、真空チャンバ内に産業用ロボットを設置することが考えられるが、そ の場合には、内部に組み込まれたモータ等から発生する熱の除去や、潤滑剤の蒸 発などが問題となる。真空環境下では、主として輻射作用によって放熱が行われ るため、発生した熱を十分に除去できなくなることに加え、通常の潤滑用オイル やグリースはすぐに蒸発、消散してしまうからである。因みに放熱が不十分であ ると、コイルの焼損や局所的な温度上昇による作動不良等の重大な故障を生じや すい。

【０００４】 また一方、上記の問題点を解消するために、産業用ロボットの内部に空気など の冷却気体を導入し、通常環境と同じように発熱体に冷却気体を接触させ、その 伝導作用及び対流作用によって放熱することが考えられる。こうした場合、産業 用ロボットの各軸系ごとに気密用のシールを設け、冷却気体が真空チャンバ内へ 流出するのを防ぐことになる。技術的には、上記気密シールとして耐圧度の高い 真空シールを用いるのが簡潔である。

【０００５】 しかし、真空シールは常圧下で用いられる気密シールに比べて摩擦抵抗が大き く、シール構造自体も複雑であるためロボット自体が大形化する。常圧下で用い られる気密シールをそのまま適用できればよいが、耐圧度が低いため容易にシー ル破壊を生じる。

【０００６】 この考案は、斯かる点に鑑みてなされたもので、産業用ロボットの内外の圧力 差を所定状態に制御することにより、耐圧性が低い小形低摩擦の気密シールの適 用を可能とし、且つ産業用ロボットの内部圧力の異常時においても真空チャンバ 内が極力汚染されないようにすることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するために、本考案が講じた手段は、先ず、真空チャンバ内 に設置されて作業を行う産業用ロボットを備えた真空チャンバ用産業ロボット装 置を対象としている。

【０００８】 そして、上記産業用ロボットは複数の軸系を有し、各軸系が回転軸を介して接 続された多関節ロボットで構成され、上記各軸系は互いに通気自在に連通され、 各回転軸に装着した気密シールで封止されている。更に、上記真空チャンバには 、産業用ロボットが設置されるメインチャンバと、該メインチャンバに連通した サブチャンバとが形成されている。加えて、上記産業用ロボットには、該産業用 ロボット内の気体を排気するロボット用真空装置が接続されると共に、上記真空 チャンバには、該真空チャンバ内の気体を排気するチャンバ用真空装置が上記サ ブチャンバに接続され、上記産業用ロボットの内部圧力と、真空チャンバの内部 圧力との差圧を予め設定された所定差圧に保持する差圧保持手段が設けられてい る。その上、上記産業用ロボットの内部圧力と、真空チャンバの内部圧力との差 圧が所定値を越える状態において該産業用ロボット内と真空チャンバのサブチャ ンバ内とを連通する補助排気手段が設けられた構成としている。

【０００９】 そこで、上記所定差圧は、例えば、０．１〜０．２atm の範囲に設定される。 これは以下の理由による。まず、下限値の０．１atm については、これ以下の圧 力状態では冷却気体による放熱作用が不十分となり、発熱部品が過熱状態に陥る からである。一方、上限値については、適用する気密シールの耐圧性能で決まる 。例えば、０．２atm の耐圧で設計された気密シールを用いる場合、差圧が０． ２atm を越えるとシール破壊を生じ、且つ産業用ロボット自体が破損するるおそ れがあり、軸部の封止が困難となるからである。

【００１０】 ここで、低耐圧用の気密シールとは、常圧下で軸封に用いられる通常形態の気 密シールを意味し、オイルシールや磁性流体シール等を含むこととする。

【００１１】

【作用】

上記の構成により、本考案では、作動状態において、産業用ロボット内外の差 圧は、例えば、０．１〜０．２atm に維持されるので、低耐圧用の気密シールを 用いているにも拘らず各回転軸の封止を、高耐圧用の気密シールと同様に確実に 行うことができる。このように、低耐圧用の気密シールを用いるシール形態では 、高耐圧用の気密シールに比べて回転軸の摩擦抵抗を小さくでき、しかもシール 構造を簡素化できる。産業用ロボットを、各軸系が回転軸を介して接続された多 関節ロボットで構成することも、各軸系の接続部におけるシール構造を簡素化す ることに役立っている。封止対象のすべてが回転軸となるので、オイルシールや 磁性流体シール等の小形の気密シールで軸封を行えるからである。

【００１２】 一方、上記産業用ロボットの内部圧力が異常上昇すると、例えば、差圧保持手 段が作動不良となり、産業用ロボットの内部圧力が異常上昇すると、補助排気手 段が連通してシール破壊を阻止すると同時に、産業用ロボットからの排気はサブ チャンバに排出され、チャンバ用真空装置によって直接排出されることなり、メ インチャンバ内の汚染を極力防止している。

【００１３】

【考案の効果】

従って、本考案によれば、産業用ロボットを各軸系が回転軸を介して接続され た多関節ロボットで構成し、該産業用ロボット内外の差圧を所定状態に維持して 、各回転軸の気密シールに作用する圧力負荷を緩和できるようにしている。この ため、各回転軸を低耐圧用の気密シールで、高耐圧用の気密シールを用いたのと 同様に確実に封止することが可能となり、高耐圧用の気密シールを用いる場合に 比べて、回転軸が受ける摩擦抵抗を軽減し、併せてシール構造を小形化でき、全 体として真空チャンバ内で使用される産業用ロボットの小形化を実現できること となった。

【００１４】 また、上記産業用ロボットの内外差圧が所定値になると、補助排気手段が連通 するので、シール破壊を確実に防止することができる。

【００１５】 その上、上記補助排気手段がサブチャンバに接続されているので、産業用ロボ ットからの排気がチャンバ用真空装置によって速やかに排出されることになり、 該産業用ロボット内の塵埃が真空チャンバ内に飛散しにくく、該真空チャンバ内 の汚染を極力阻止することができる。

【００１６】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１７】 図１乃至図５に示すように、真空チャンバ用産業ロボット装置は、真空チャン バＣ内に産業用ロボットＲが収納されて構成されており、図２にその産業用ロボ ットＲの外観を示している。該産業用ロボットＲは第１〜第６軸系１〜６を有し 、各軸系１〜６のそれぞれが回転軸を介して接続された多関節ロボットであり、 各軸系１〜６はそれぞれ矢印で示すように回転できる。尚、第６軸系６はワーク を捕捉するロボットハンドである。各軸系１〜６を接続する回転軸のうち、第１ 〜第４軸系１〜４の回転軸は、図３及び図４に示すようにオイルシール７を封止 要素とする気密シール８Ａでそれぞれ封止されており、残りの軸系５，６の回転 軸は図５に示すように磁性流体シールからなる気密シール８Ｂでそれぞれ封止さ れている。

【００１８】 図３において、上記第２軸系２は第１軸系１に対してクロスローラベアリング １０とハーモニック減速機１１を介して回転駆動可能に支持されており、その回 転軸１２Ａと第１軸系１のケース端壁１３との間が気密シール８Ａで封止されて いる。ハーモニック減速機１１は、図外のモータの動力を伝動ギヤ１４を介して 受け継ぎ、その回転数を減速して出力する。減速された動力は筒構造の受動体１ ５を介して回転軸１２Ａへ伝わる。第１軸系１と第２軸系２とは、減速軸１１ａ を縦通する通路１６を介して連通されている。他の軸系同士も同様に接続されて いる。

【００１９】 図４において、気密シール８Ａはケース端壁１３に圧入された２個のオイルシ ール７，７と、これら両シール７，７の間に充填された真空グリース１７とから なり、外側のオイルシール７はリップ部７ａが外部空間の側に位置し、内側のオ イルシール７はリップ部７ａがケース端壁１３の内部空間の側に位置する状態で 、それぞれ装着する。外側のオイルシール７はケース端壁１３に固定したリング １８で抜止め支持されている。１９はシールばねである。

【００２０】 図５において、第６軸系６は第５軸系５に対してクロスローラベアリング２１ とハーモニック減速機２２を介して回転駆動可能に支持されており、その回転軸 １２Ｂと第５軸系５のケース端壁２３との間が気密シール８Ｂで封止されている 。ハーモニック減速機２２は、前述の駆動機構と同様に調整された動力を駆動軸 ２４を介して受け継ぎ、減速後の動力をクロスローラベアリング２１のインナレ ースを兼ねる受動体２５を介して回転軸１２Ｂへ出力する。ここでも両軸系５， ６は、ハーモニック減速機２２及び駆動軸２４を縦通する連通管２６を介して通 気自在に連通されている。以上の接続機構は第４軸系４と第５軸系５との間にも 採用されている。

【００２１】 先に述べたように、上記接続部に設けられる気密シール８Ｂは磁性流体シール からなる。これはリング状のマグネット２７の両側に強磁性体からなる保持板２ ８，２８を固定し、保持板２８，２８と回転軸１２Ｂとの間に磁性流体２９を介 在させたものである。磁性流体シールを用いるのは、オイルシールを封止要素と する場合に比べて、シール構造の小形化を実現し、駆動系に対する負荷を軽減で きるからである。第１〜第４軸系１〜４ではモータ出力に十分な余裕があるので こうした配慮は不要である。

【００２２】 図１に示すように、上記の産業用ロボットＲは、真空チャンバＣ内の床面に設 置される。該産業用ロボットＲの内部には、モータなどの発熱部品が多数個収容 されている。これらの発熱部品の冷却を行うために、冷却気体を供給する送気装 置３１（単なるガスボンベを含む。）を設け、さらに冷却気体を強制排気するロ ボット用真空装置３２を設けている。これら両装置３１，３２は制御バルブ３３ ，３４を介して産業用ロボットＲの内部に接続するが、上記送気装置３１は第１ 軸系１に、上記ロボット用真空装置３２は第６軸系６に接続する。これは産業用 ロボットＲの内部において、冷却気体を万遍なく循環させるためである。上記以 外に、第１軸系１の内部空間と連通する状態で、リーク弁３５とフィルタ３６、 及び開閉弁３７とフィルタ３８を設け、さらに圧力計３９で内部圧力を監視でき るようにしている。

【００２３】 一方、上記真空チャンバＣ内は、産業用ロボットＲが設置される大空間のメイ ンチャンバＣ１と、一側面が開口して上記メインチャンバＣ１に連通した小空間 のサブチャンバＣ２とが区画形成されている。

【００２４】 また、上記真空チャンバＣはこれ専用のチャンバ用真空装置４０で排気される 。このチャンバ用真空装置４０に接続された排気管４１は制御バルブ４２を介し て上記真空チャンバＣにおけるサブチャンバＣ２の内部に接続されている。４３ は圧力計である。

【００２５】 そして、上記制御バルブ３３，３４とリーク弁３５とによって差圧保持手段Ｖ が構成されており、該差圧保持手段Ｖは、産業用ロボットＲ内と真空チャンバＣ 内との差圧を予め設定された所定値に保持しており、例えば、０．１〜０．２at m の範囲に保持している。この産業用ロボットＲ内外の差圧を０．１atm 程度よ り小さくすると、産業用ロボットＲ内の冷却気体が稀薄になり、この冷却気体が 稀薄になると、発熱部品の放熱量が低下し、徐々に過熱状態に陥ることになり、 これを避ける必要から設定されている。また、差圧を０．２atm 程度より大きく すると、シール破壊を生じ、且つ産業用ロボットＲ自体が破損するおそれがあり 、常圧型の気密シール８Ａ，８Ｂ等では軸部の封止が困難となるからである。尚 、上記差圧保持手段Ｖは、差圧調整をほぼ２つの制御バルブ３３，３４で行うよ うにしているが、上記両真空装置３２，４０の２つの制御バルブ３４，４２で行 うようにしてもよい。

【００２６】 一方また、上記産業用ロボットＲには、補助排気手段４４が接続されており、 該補助排気手段４４は、一端が産業用ロボットＲの第１軸系１に接続された排気 通路４５の他端に開放弁４６が接続されて構成されている。該開放弁４６は、上 記真空チャンバＣにおけるサブチャンバＣ２内に設置されると共に、該サブチャ ンバＣ２内において開放弁４６の排気口が上記チャンバ用真空装置４０に接続さ れた排気管４１の開口と対面して設けられている。そして、該開放弁４６は、稼 動時に産業用ロボットＲの内部圧力が異常に上昇すると開放する破裂板などで構 成されている。つまり、上記産業用ロボットＲの内部圧力が異常に上昇すると、 各気密シール８Ａ，８Ｂにおいてシール破壊を生じ、その補修のために周辺の構 造体を分解する必要が生じることになり、産業用ロボットＲの内外差圧が０．２ atm を越えると開放弁４６である破裂板が破裂して開口し、内部圧力を解放する と同時に、産業用ロボットＲ内からの排気が直接排気管４１より排出されるよう になっている。。

【００２７】 次に上記各機器の動作手順を説明する。

【００２８】 まず、制御バルブ３４，４２を開操作して、各真空装置３２，４０を起動し、 真空チャンバＣ内部及び産業用ロボットＲ内の排気を行う。このとき産業用ロボ ットＲ内外で圧力差が生じることを防ぐために開閉弁３７を開状態にし、産業用 ロボットＲの内部空間を真空チャンバＣと連通させておく。その際、上記メイン チャンバＣ１とサブチャンバＣ２とは所定の空間を有しているので、開放弁４６ をサブチャンバＣ２に設けてもメインチャンバＣ１のエア吸引は抵抗なく行われ ると共に、真空化に時間を要することはない。

【００２９】 その後、上記真空チャンバＣ内の圧力が所定状態（１０^-3Ｔｏｒｒ）にまで降 下したら、開閉弁３７を閉じ産業用ロボットＲの内部空間を真空チャンバＣから 遮断する。この状態で制御バルブ３３を開いて送気装置３１からヘリウムや清浄 で乾燥した空気などの不活性ガスからなる冷却気体を供給し、冷却気体を第１軸 系１から第６軸系６へと流動させる。ロボット用真空装置３２は引続き稼動させ ておく。

【００３０】 冷却気体の供給に伴って、産業用ロボットＲの内部圧力は上昇するが、産業用 ロボットＲの内外圧力差、つまり差圧が０．２atm に達すると、リーク弁３５が 作動して冷却気体の一部を真空チャンバＣ内へ放出し、それ以上内部圧力が上昇 するのを阻止する。フィルタ３６は、放出気体に含まれる異物を除去して、真空 チャンバＣ内部が異物で汚染されることを防ぐ。リーク弁３５は、産業用ロボッ トＲ内外の圧力状態を各圧力計３９，４３で検知し、この検知結果から弁体を開 閉するものであってもよい。

【００３１】 例えば、送気装置３１で供給される気体量と、ロボット用真空装置３２で排気 される気体量とに差が生じ、産業用ロボットＲの内外差圧が０．１atm に降下す ると、上記リーク弁３５は通路を閉じて差圧の回復を待つ。以後、該リーク弁３ ５の開閉を繰り返しながら産業用ロボットＲの内外差圧を０．１〜０．２atm の 範囲に維持する。

【００３２】 一方、上記差圧保持手段Ｖが異常になり、例えば、制御バルブ３４が作動不良 となり、産業用ロボットＲの内部圧力が上昇して、該産業用ロボットＲの内外差 圧が所定値以上になると、開放弁４６が開口し、差圧が生じないようにする。そ して、その際、上記産業用ロボットＲ内からの排気は、サブチャンバＣ２に行な われ、上記排気管４１を介して真空チャンバＣの外部に排出され、上記産業用ロ ボットＲからの排気がメインチャンバＣ１内に流入しないようにして汚染を防止 している。

【００３３】 従って、本実施例によれば、上記産業用ロボットＲの内外差圧を所定状態に維 持して、各回転軸１２Ａ，１２Ｂの気密シール８Ａ，８Ｂに作用する圧力負荷を 緩和できるようにしているため、各回転軸１２Ａ，１２Ｂを低耐圧用の気密シー ル８Ａ，８Ｂで、高耐圧用の気密シールを用いたのと同様に確実に封止すること が可能となり、高耐圧用の気密シールを用いる場合に比べて、回転軸１２Ａ，１ ２Ｂが受ける摩擦抵抗を軽減し、併せてシール構造を小形化でき、全体として真 空チャンバＣ内で使用される産業用ロボットＲの小形化を実現できる。

【００３４】 また、上記産業用ロボットＲの内外差圧が所定値になると、補助排気手段４４ が連通するので、シール破壊を確実に防止することができる。その上、上記補助 排気手段４４がサブチャンバＣ２に接続されているので、産業用ロボットＲから の排気がチャンバ用真空装置４０によって排出されることになり、該産業用ロボ ットＲ内の塵埃が真空チャンバＣ内に飛散しにくく、該真空チャンバＣ内の汚染 を極力阻止することができる。

【００３５】 図６は、上記サブチャンバＣ２の他の実施例を示しており、図１に示す実施例 ではメインチャンバＣ１内に凹設したのに代わり、外部に突出して形成したもの である。その他の構成・作用効果は前実施例と同様である。

【００３６】 尚、上記各実施例において、サブチャンバＣ２はメインチャンバＣ１に常時連 通するようにしているが、開閉弁を介して連通するようにしてもよく、その際、 開閉弁は、通常状態においては開放状態としてメインチャンバＣ１のエア吸引を 行う一方、異常状態においては閉鎖状態として産業用ロボットＲからの排気がメ インチャンバＣ１に流入することを防止するようにしてもよい。

【００３７】 また、上記開放弁４６は、破裂板で形成したが、差圧信号によって制御される 制御弁などで構成してもよい。

【００３８】 また、上記実施例において、リーク弁３５を単にリリーフ弁としているが、差 圧により強制的に開閉される弁としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の内容を示す原理説明図である。

【図２】産業用ロボットの側面図である。

【図３】第１軸系と第２軸系の接続部の断面図である。

【図４】図３におけるシール構造の詳細を示す断面図で
ある。

【図５】第５軸系と第６軸系の接続部の断面図である。

【図６】サブチャンバの他の実施例を示す要部の断面図
である。

【符号の説明】

１ 第１軸系 ２ 第２軸系 ３ 第３軸系 ４ 第４軸系 ５ 第５軸系 ６ 第６軸系 8A,8B 気密シール 12A,12B 回転軸 32 ロボット用真空装置 40 チャンバ用真空装置 41 排気管 44 補助排気手段 46 開放弁 Ｒ 産業用ロボット Ｃ 真空チャンバ C1 メインチャンバ C2 サブチャンバ Ｖ 差圧保持手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 福井 茂次 兵庫県西宮市田近野町６番107号 新明和 工業株式会社開発技術本部内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバ内に設置されて作業を行う
   産業用ロボットを備えた真空チャンバ用産業ロボット装
   置であって、 上記産業用ロボットは複数の軸系を有し、各軸系が回転
   軸を介して接続された多関節ロボットで構成され、 上記各軸系は互いに通気自在に連通され、各回転軸に装
   着した気密シールで封止されており、 上記真空チャンバには、産業用ロボットが設置されるメ
   インチャンバと、該メインチャンバに連通したサブチャ
   ンバとが形成されており、 上記産業用ロボットには、該産業用ロボット内の気体を
   排気するロボット用真空装置が接続されると共に、上記
   真空チャンバには、該真空チャンバ内の気体を排気する
   チャンバ用真空装置が上記サブチャンバに接続され、 上記産業用ロボットの内部圧力と、真空チャンバの内部
   圧力との差圧を予め設定された所定差圧に保持する差圧
   保持手段が設けられる一方、 上記産業用ロボットの内部圧力と、真空チャンバの内部
   圧力との差圧が所定値を越える状態において該産業用ロ
   ボット内と真空チャンバのサブチャンバ内とを連通する
   補助排気手段が設けられていることを特徴とする真空チ
   ャンバ用産業ロボット装置。