JPH05305596A - 真空チャンバ用ロボット装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロボットアームの動作範囲を広くするととも
に、駆動手段の耐久性を向上させる。 【構成】 ロボットアームＲを、一連の中空のリンク部
材１〜６が通気自在に連通してなる構成とする。各隣り
合うリンク部材を回転可能に連結し、各隣り合うリンク
部材同士間の連結部を、リンク部材１〜６内部を気密状
に保持するシール部材で封止する。ロボットアームＲの
基端を、真空チャンバＣの内壁Ｃａに気密状に接続して
ロボットアームＲ内を密閉空間に形成する。ロボットア
ームＲ内に、各リンク部材１〜６を回転させる駆動手段
を収めるとともに、各駆動手段の発生熱を吸収する不活
性ガスを封入する。ロボットアームＲ内で不活性ガスを
循環させるファン９を設ける。不活性ガスから吸収した
熱を真空チャンバＣ外で放出するヒートパイプ１０を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空チャンバ内に設置
されて作業を行う真空チャンバ用ロボット装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、真空チャンバ内で自動的に作業を
行うロボット装置として、例えば、実開昭６２−１１８
５５１号公報に開示するものが提案され、公知になって
いる。この装置は、一連に連結された複数のリンク部材
からなる、真空チャンバ外部の大気環境下から真空チャ
ンバ内部にかけて設けられたロボットアームと、上記チ
ャンバ内部でこのロボットアームを密封してチャンバ内
部と外部の大気環境とを気密に保持する可撓性の被覆物
とを備え、上記ロボットアームは、各リンク部材同士間
が回転可能に連結されており、真空チャンバ内部であっ
ても、上記被覆物内の大気環境下でリンク部材が回転し
て作業を行い得るようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ロボット装置では、ロボットアームを覆っている被覆物
がリンク部材間の連結部（関節）の自由な回転を阻害す
るため、ロボットアームの動作範囲が狭く、複雑な作業
が行えないという問題がある。

【０００４】そこで、真空チャンバ内に真空環境下でも
作動するロボットアームを設置して、ロボットアームの
動作範囲を広くすることが考えられるが、真空環境下で
は、各リンク部材を相互に支持する軸受の摩擦抵抗、リ
ンク部材を駆動するモータ等駆動手段に使用されている
軸受やガイド類の摩擦抵抗がいずれも大きく、潤滑剤の
消耗も激しいので、耐久性に欠けるという問題がある。

【０００５】また、真空環境下では、周囲の気体の対流
による放熱が行われないので、軸受や駆動手段から発生
する熱の処理が難しい。駆動手段の放熱が十分でない場
合には、駆動手段が焼損したり、局所的な温度上昇によ
りアームの作動不良が発生するという問題がある。

【０００６】本発明はかかる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、ロボットアームの動
作範囲が広く、駆動手段の耐久性を向上させ得る真空チ
ャンバ用ロボット装置を提供しようとするものである。

【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、請求項１記載の発明は、真空チャンバ内に設置され
て作業を行うロボットアームを備えた真空チャンバ用ロ
ボット装置において、上記ロボットアームを、一連に連
結された複数の中空のリンク部材が通気自在に連通され
てなる構成とし、上記各隣り合うリンク部材を、回転可
能に連結し、上記各隣り合うリンク部材同士間の連結部
を、リンク部材内部と上記真空チャンバの内部とを気密
状に保持するシール部材で封止する。そして、上記ロボ
ットアームの基端を、ロボットアーム内部が密閉空間に
なるように上記真空チャンバの内壁に気密状に接続し、
上記ロボットアームの内部に、各リンク部材の回転を駆
動する複数の駆動手段を収めるとともに、上記各駆動手
段で発生する熱を吸収する不活性ガスを封入し、上記ロ
ボットアームの内部で上記不活性ガスを循環させる気体
循環手段と、上記ロボットアーム内部の不活性ガスから
吸収した熱を上記真空チャンバの外部で放出するヒート
パイプとを備える構成とするものである。

【０００８】

【作用】上記の構成により、請求項１記載の発明では、
ロボットアームの基端が真空チャンバの内壁に気密状に
接続され、各リンク部材間の連結部がシール部材で封止
されてロボットアーム自体で真空チャンバに対する気密
構造を形成しており、かつ各リンク部材間が回転可能に
連結されているので、ロボットアームが真空チャンバ内
で作動する際、ロボットアームを密封する被覆物を必要
とせず、各リンク部材が自由に回転してロボットアーム
の動作範囲が広くなる。各リンク部材の駆動手段で発生
した熱は、ロボットアーム内部の不活性ガスに吸収さ
れ、熱を吸収した不活性ガスは、気体循環手段によりロ
ボットアーム内を循環してヒートパイプに到達し、ヒー
トパイプと熱交換を行う。ヒートパイプに伝えられた熱
は、真空チャンバの外部の大気中へ放出される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１０】図１は、本発明の一実施例に係る真空チャ
ンバ用ロボット装置Ａを示し、このロボット装置Ａは、
真空チャンバＣの内部に設けられたロボットアームＲを
備えている。このロボットアームＲは、それぞれ中空の
第１〜第６リンク部材１〜６を一連に連結したリンク機
構で構成されているとともに、上記真空チャンバＣの内
壁Ｃａに、中空のアームベースＢを介して気密状に接続
支持されている。

【００１１】上記第１リンク部材１は、上記アームベー
スＢに対して軸心線回りに回転可能に連結されており、
上記第１〜第６リンク部材１〜６の各隣り合うリンク部
材同士間も、回転可能に連結されている。すなわち、第
１リンク部材１と第２リンク部材２との間、第２リンク
部材２と第３リンク部材３との間および第４リンク部材
４と第５リンク部材５との間はそれぞれ、軸心線に対し
て直交する軸回りに回転可能に連結されており、第３リ
ンク部材３と第４リンク部材４との間および第５リンク
部材５と第６リンク部材６との間はそれぞれ、軸心線回
りに回転可能に連結されている。上記ロボットアームＲ
の先端に位置する第６リンク部材６には、各種作業用の
エンドエフェクタ（図示せず）が保持されるようになっ
ており、このエンドエフェクタは、上記各リンク部材１
〜６の回転により様々な方向へ移動して作業を行うよう
になっている。

【００１２】上記ロボットアームＲの内部空間は、上記
アームベースＢおよび第１〜第６リンク部材１〜６を通
気自在に連通するように形成されており、この内部空間
には、ロボットアームＲの基端側から先端側まで延びる
通気管７が設けられている。この通気管７は、上記第１
〜第６リンク部材１〜６の回転に対応して自由に曲がる
ように、ゴム等の可撓性を有する材料などで構成されて
いる。

【００１３】上記ロボットアームＲの内部には、第１〜
第６リンク部材１〜６のそれぞれの回転を駆動する駆動
手段が収められているとともに、上記各駆動手段で発生
する熱を吸収する空気、ヘリウムなどの不活性ガスが封
入されている。この不活性ガスは、熱を吸収および伝達
するのに支障がない程度の圧力値（例えば、約０．２〜
０．３atm ）に設定されて封入されている。上記ロボッ
トアームＲには、その内部気圧を検出するアーム圧力セ
ンサ８が接続されており、このアーム圧力センサ８は、
ロボットアームＲ内のガスが真空チャンバＣ内に漏れて
いる場合に、設定値以下の圧力値を検出してガスの漏れ
を知らせ、また、ロボットアームＲ内の温度が上昇して
気圧が上昇した場合に、設定値以上の圧力値を検出して
シール破損の危険性を知らせるようになっている。そし
て、このアーム圧力センサ８が上記のような異常な圧力
値を検出したとき、図外の制御手段がロボットアームＲ
の作動を停止するようになっている。

【００１４】上記ロボットアームＲの基端付近の内部に
は、気体循環手段であるファン９が上記通気管７に面し
て設けられており、このファン９は、上記通気管７のロ
ボットアームＲ先端側の開口７ａから吸い込んだ上記不
活性ガスを、通気管７の外周を経て再びロボットアーム
Ｒの先端方向へ送り出すようにして、不活性ガスをロボ
ットアームＲ内で循環させるようになっている。

【００１５】上記アームベースＢの上部の外周面には、
ヒートパイプ１０の一端に位置する吸熱部１１が接続さ
れている。上記ヒートパイプ１０の他端は、上記真空チ
ャンバＣの外部に位置しており、放熱面積の広い放熱器
１２に形成されている。このヒートパイプ１０は、上記
吸熱部１１でロボットアームＲ内部の不活性ガスから吸
収した熱を、上記真空チャンバＣ外部の放熱器１２で放
出するようになっている。

【００１６】上記第１リンク部材１内には、上記第２リ
ンク部材２の駆動手段を構成するモータ（図示せず）が
収められている。上記第１リンク部材１と第２リンク部
材２との間の連結部（以下、関節と称する）の内部に
は、図２に示すように、上記第２リンク部材２の駆動手
段として、クロスローラベアリング１５とハーモニック
減速機１６とが収められており、上記ハーモニック減速
機１６は、上記モータの動力を受け継ぐ減速ギヤ１６ａ
を備えるとともに、筒状の受動体１７を介して、第２リ
ンク部材２の端部に形成された回転軸１８に接続されて
いる。上記モータには、このモータの動力を受け継ぐ伝
動軸１９が接続されており、この伝動軸１９の先端に
は、上記減速ギヤ１６ａと噛合する伝動ギヤ２０が設け
られている。上記モータの動力は、上記伝動ギヤ２０を
介してハーモニック減速機１６に伝えられ、このハーモ
ニック減速機１６で減速された後、上記第２リンク部材
２の回転軸１８に伝えられる。この駆動伝達により、第
２リンク部材２は、軸心線に対して直交する軸回りに回
転するようになっている。

【００１７】上記ハーモニック減速機１６には、上記第
１リンク部材１の内部と第２リンク部材２の内部とを連
通する通路２７が形成されており、この通路２７内に
は、上記不活性ガスが通過するようになっている。ま
た、この通路２７内には、上記通気管７が挿通されてい
る。

【００１８】なお、上記第２リンク部材２の駆動手段の
構造は、第３リンク部材３の駆動手段および第５リンク
部材５の駆動手段においても採用されている。

【００１９】上記第５リンク部材５内には、上記第６リ
ンク部材６の駆動手段を構成するモータ（図示せず）が
収められている。上記第５リンク部材５と第６リンク部
材６との間の関節の内部には、図４に示すように、上記
第６リンク部材６の駆動手段として、クロスローラベア
リング３０とハーモニック減速機３１とが収められてい
る。上記ハーモニック減速機３１は、上記クロスローラ
ベアリング３０のインナーレースを兼ねる筒状の受動体
３２を介して、第６リンク部材６の端部に取付けられた
回転軸３３に接続されている。上記モータには、このモ
ータの動力を受け継ぐ伝動軸３４が接続されており、こ
の伝動軸３４は、上記ハーモニック減速機３１に接続さ
れている。上記モータの動力は、上記伝動軸３４を介し
てハーモニック減速機３１に伝えられ、このハーモニッ
ク減速機３１で減速された後、上記第６リンク部材６の
回転軸３３に伝えられる。この駆動伝達により、第６リ
ンク部材６は、軸心線回りに回転するようになってい
る。

【００２０】上記伝動軸３４およびハーモニック減速機
３１には、上記第５リンク部材５から第６リンク部材６
を連通する連通管４０が貫設されており、この連通管４
０内には、上記不活性ガスが通過するようになってい
る。また、この連通管４０内には、上記通気管７が挿通
されている。

【００２１】なお、上記第６リンク部材６の駆動手段の
構造は、第１リンク部材１および第４リンク部材４の駆
動手段においても採用されている。

【００２２】上記第４リンク部材４よりアームベースＢ
側でそれぞれ隣り合うリンク部材同士間の関節は、図３
に示す環状のシール部材２２で封止され、上記第４リン
ク部材４から第６リンク部材６までの各隣り合うリンク
部材同士間の関節は、図４に示す環状のシール部材３６
で封止されており、アームベースＢおよび各リンク部材
１〜６の内部と上記真空チャンバＣの内部とは気密状に
保持されている。この構成に加え、上述のように、上記
ロボットアームＲの基端に位置するアームベースＢが、
上記真空チャンバＣの内壁Ｃａに気密状に接続されてい
ることにより、ロボットアームＲの内部は、密閉空間に
形成されている。

【００２３】上記第１リンク部材１と第２リンク部材２
との関節において、第１リンク部材１の端部２１は、第
２リンク部材２の回転軸１８を包むように構成され、両
者間は、上記環状のシール部材２２で封止されており、
このシール部材２２は、両リンク部材１，２の内部と上
記真空チャンバＣの内部とを気密状態に保持している。
このシール部材２２は、図３に示すように、上記第１リ
ンク部材１の端部２１内に圧入された２個のオイルシー
ル２３，２３と、これらオイルシール２３，２３間に充
填された真空グリース２４と、各オイルシール２３を上
記回転軸１８に圧着させるシールばね２５とからなり、
第２リンク部材２側のオイルシール２３は、上記第１リ
ンク部材１の端部２１の端面に固定されたリング２６で
抜止め支持されている。

【００２４】上記第５リンク部材５の端部３５は、第６
リンク部材６の回転軸３３を包むように構成され、両者
間は、上記環状のシール部材３６で封止されており、こ
のシール部材３６は、両リンク部材５，６の内部と上記
真空チャンバＣの内部とを気密状態に保持している。こ
のシール部材３６は、環状のマグネット３７の両側に強
磁性体からなる保持板３８，３８が固定され、これら保
持板３８，３８と回転軸３３との間に磁性流体３９が介
在する構成になっている。この構成により、オイルシー
ルを封止手段とする場合に比べて、構造の小形化が可能
であり、駆動手段に対する負荷を軽減できる。

【００２５】上記真空チャンバＣには、図１に示すよう
に、制御バルブ４１を介してチャンバ用真空装置４２が
接続されているとともに、チャンバＣ内の気圧を測定す
る圧力センサ４３が接続されている。上記真空チャンバ
Ｃは、上記圧力センサ４３の測定値に基づいて制御バル
ブ４１の開度が調節され、チャンバ真空装置４２がチャ
ンバＣ内部の空気を吸い込むことにより、所定の気圧に
保たれるようになっている。

【００２６】次に、本実施例の作用・効果について説明
する。アームベースＢが真空チャンバＣの内壁Ｃａに気
密状に接続され、第１〜第６の各リンク部材１〜６間の
各関節がシール部材２２，３６で封止されてロボットア
ームＲ自体で真空チャンバＣに対する気密構造を形成し
ており、かつ第１〜第６の各リンク部材１〜６が回転可
能に連結されているので、ロボットアームＲが真空チャ
ンバＣ内で作動する際、ロボットアームＲを密封する被
覆物を必要とせず、各リンク部材１〜６を自由に回転さ
せてロボットアームＲの動作範囲を広くすることができ
る。

【００２７】また、各リンク部材１〜６の駆動手段で発
生した熱は、ロボットアームＲ内部の不活性ガスに吸収
される。熱を吸収した不活性ガスは、ファン９によりロ
ボットアームＲ内を循環してヒートパイプ１０に到達し
てヒートパイプ１０と熱交換を行い、ヒートパイプ１０
に伝えられた熱は、真空チャンバＣの外部の大気中へ放
出されるので、ロボットアームＲの内部の熱を確実に除
去でき、駆動手段の耐久性を向上させることができる。

【００２８】さらに、冷却媒体となる不活性ガスは、ロ
ボットアームＲ内部に真空チャンバの内部気圧に近い負
圧で封入されているので、シール部材２２，３６に作用
する負荷が小さくて済む。しかも、ロボットアームＲ内
部には、不活性ガスが封入されているだけであるので、
ロボットアームＲ内の気密構造が破れた場合でも、大気
が真空チャンバＣ内に大量に流れ込むことはない。

【００２９】なお、上記実施例では、ファン９が、ロボ
ットアームＲ内に設けられた通気管７から不活性ガスを
吸引し、不活性ガスを通気管７の外周側を経てロボット
アームＲ先端側へ送るようにして循環させる構成であっ
たが、不活性ガスを循環させる構造に特に制限はなく、
例えば、上記通気管７を設けず、ファン９による吸気と
排気のみで不活性ガスを循環させる構成としても良い。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の真空チャ
ンバ用ロボット装置によれば、各リンク部材間を回転可
能にするとともに、ロボットアーム自体で真空チャンバ
に対する気密構造を形成することにより、ロボットアー
ムを密封する被覆物を必要とせず、各リンク部材を自由
に回転させてロボットアームの動作範囲を広げることが
できる。また、ロボットアーム内部の駆動手段の発生熱
を、ロボットアーム内部を循環する不活性ガスからヒー
トパイプを介して大気中へ放出するので、ロボットアー
ムの内部の熱を確実に除去でき、駆動手段の耐久性を向
上させることができる。また、ロボットアーム内部に
は、冷却媒体となる不活性ガスが封入されているだけで
あるので、ロボットアーム内の気密構造が破れた場合で
も、大気が真空チャンバ内に大量に流れ込むことを防止
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る真空チャンバ用ロボッ
ト装置の概略を示す断面図である。

【図２】第１リンク部材と第２リンク部材との連結部を
示す断面図である。

【図３】図２の要部拡大図である。

【図４】第５リンク部材と第６リンク部材との連結部を
示す断面図である。

【符号の説明】

１ 第１リンク部材 ２ 第２リンク部材 ３ 第３リンク部材 ４ 第４リンク部材 ５ 第５リンク部材 ６ 第６リンク部材 ９ ファン（気体循環手段） １０ ヒートパイプ １５，３０ クロスローラベアリング（駆動手段） １６，３１ ハーモニック減速機（駆動手段） ２０ 伝動ギヤ（駆動手段） ２２，３６ シール部材 ２７ 通路 ４０ 連通管 Ａ 真空チャンバ用ロボット装置 Ｂ アームベース Ｃ 真空チャンバ Ｃａ 真空チャンバの内壁 Ｒ ロボットアーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバ内に設置されて作業を行う
   ロボットアームを備えた真空チャンバ用ロボット装置に
   おいて、 上記ロボットアームは、一連に連結された複数の中空の
   リンク部材が通気自在に連通されてなり、 上記各隣り合うリンク部材は、回転可能に連結されてお
   り、 上記各隣り合うリンク部材同士間の連結部は、リンク部
   材内部と上記真空チャンバの内部とを気密状に保持する
   シール部材で封止されており、 上記ロボットアームの基端は、ロボットアーム内部が密
   閉空間になるように上記真空チャンバの内壁に気密状に
   接続されており、 上記ロボットアームの内部には、各リンク部材の回転を
   駆動する複数の駆動手段が収められているとともに、上
   記各駆動手段で発生する熱を吸収する不活性ガスが封入
   されており、 上記ロボットアームの内部で上記不活性ガスを循環させ
   る気体循環手段と、 上記ロボットアーム内部の不活性ガスから吸収した熱を
   上記真空チャンバの外部で放出するヒートパイプとを備
   えたことを特徴とする真空チャンバ用ロボット装置。