JPH05318345A - ワーク搬送用のロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワーク搬送中に、塵埃やガス等を発生させる
ことなく、しかも、ハンドを高精度に位置決めしてハン
ドリングを行うことができる小形で高寿命のワーク搬送
用のロボットを提供する。 【構成】 ワーク載置用のハンドと、一定位置に同軸に
設置された円筒状の内側回転軸および外側回転軸と、該
各回転軸の一端部に、１８０°反対方向に突設された一
対の各回転アームと、基端部を前記各回転アームの端部
に固着されるとともに、先端部をハンドホルダーを介し
て前記ハンドに固着されたばね材からなる帯状の左右一
対の弾性アームと、前記各回転軸および回転アームを、
該回転軸の回りに同方向および反対方向の任意の角度
に、同期させて独立に同速度で回動させる駆動部とを備
え、前記ハンドを、直線移動および前記回転軸の回りに
回動させる構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一定位置に設置され
て、該位置より構成部材の屈曲運動または摺動運動によ
りハンドを移動させてワークを搬送するワーク搬送用の
ロボットに係わり、特に、ワーク搬送中に、塵埃やガス
等を発生させることなくハンドリングを行うのに好適な
ワーク搬送用のロボットに関する。

【０００２】なお、ここでいうワークは、半導体ウエハ
等のような小形で、かつ軽量のものをいう。

【０００３】

【従来の技術】一般に電子部品は、ますます製品パター
ンの微細化，高密度化による小形化が進められており、
製品歩留まりの向上と、その製作過程における汚染を防
止して製品の信頼性を維持するため、発塵や発ガス等の
ないクリーンな環境で製作することが強く望まれてい
る。

【０００４】上記の如く発塵や発ガス等のないクリーン
な環境で製作される電子部品は、該クリーンルーム内で
各種の工程を連続的に処理されるのが通常で、例えば、
半導体の製造プロセスにおいては、ウエハ表面のエッチ
ング、パターンおよびレジストの付着、スパッタリング
等の一連の各種処理が行われる。このプロセス中に、ウ
エハ表面に塵埃等の微粒子が付着した場合は、配線間の
断線／短絡や絶縁不良等の原因となり、また、このプロ
セス中に使用する酸素，窒素等に、前記塵埃等の微粒子
やガス状の水分および有害なイオン等が混入している
と、ウエハ表面に悪影響を及ぼし、不良の直接原因にな
る。この対策および前記各種処理を効果的に行うものと
して、中央にワーク搬送用のロボットを設置した真空の
搬送室を設け、該搬送室の周囲に処理装置を内設した複
数のクリーンな真空処理室を並設し、前記搬送室に設置
されたロボットを駆動して各処理室に順次ワークを搬送
する構成のマルチチャンバ形の半導体製造装置が実用さ
れている。

【０００５】上記装置を含む前記電子部品の製造装置に
おいて使用されるロボットは、多関節形，フロッグレッ
グ形，円筒座標形等の関節部および摺動部を有する構成
のものが一般的であり、ロボットを構成するアームの屈
曲運動または摺動運動により、ハンドを移動させてワー
クを搬送する構成になっている。

【０００６】一方、前記アームの屈曲運動または摺動運
動を行わない構成として、先端部にワークを把持するハ
ンドを設けた長尺の搬送台を、磁気浮上させて無摺動で
直線移動させる真空装置用磁気浮上搬送装置（例えば、
特開昭６３−９２２０５号公報）が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記半導体製造装置の
ロボット設置室を真空ポンプで吸引すると、ロボットを
構成する各部材等からの、例えば、水分等のガスの発生
が次第に減少して高真空化するとともに、塵埃等の微粒
子も減少して室内がクリーン化する。

【０００８】しかし、前記従来の関節部および摺動部を
有する構成のロボットを使用すると、その関節部および
摺動部の摩擦接触によりガスおよび塵埃を発生し、前記
クリーン化した室内を汚染するとともに、ウエハをも汚
染し、品質を低下させて製品の信頼性を維持することが
困難になる。このガスおよび塵埃の発生は、摺動部にお
ける摩擦係数が、大気中より真空中の方が大きいため一
層発生し易い状態となり、たとえ前記関節部等の軸受に
真空グリスを使用しても、その耐真空度は１０のマイナ
ス８乗以上のウルトラクリーンに対応するには不十分で
あり、前記ガスおよび塵埃の発生および該発生による室
内の汚染を、前記ウルトラクリーンに対応可能に防止す
ることができない問題点を有していた。

【０００９】また、前記従来のロボットは、ワークハン
ドリング中、常に関節部および摺動部の摩擦接触を伴う
ため、該関節部および摺動部の摩耗が次第に進行し、ワ
ーク搬送時のハンドの位置精度、特に、Ｚ軸方向の位置
精度が低下することになり、補修または新しいロボット
との交換作業を比較的早期に必要とする問題点を有して
いた。

【００１０】一方、前記ハンドを設けた長尺の搬送台
を、磁気浮上させて無摺動で直線移動させる真空装置用
磁気浮上搬送装置においては、前記一連の各種工程を連
続的に行うためには、処理工程順に並設した複数の各処
理室に対応するように、前記磁気浮上搬送装置を複数台
設置する構成となり、設置スペースおよび設備がかなり
大がかりになる問題点を有していた。

【００１１】本発明は、前記従来技術の問題点に鑑み、
ワーク搬送中に、塵埃やガス等を発生させることなく、
しかも、ハンドを高精度に位置決めしてハンドリングを
行うことができる小形で高寿命のワーク搬送用のロボッ
トを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、一定位置に設置され、該位置より構成部
材の運動によりハンドを移動させてワークを搬送するワ
ーク搬送用のロボットにおいて、（ｉ）ワークが載置さ
れる平板状のハンドと、（ｉｉ）一定位置に設置された
円筒状の内側回転軸および該内側回転軸の外周部に内側
回転軸と同軸に配置された円筒状の外側回転軸と、（ｉ
ｉｉ）該内側および外側の各回転軸の一端部に、１８０
°反対方向に突設された一対の各回転アームと、（ｉ
ｖ）左右ほぼ対称に相対させて配置され、基端部を前記
一対の各回転アームの端部にそれぞれ固着されるととも
に、先端部をハンドホルダーを介して前記ハンドに固着
されたばね材からなる帯状の左右の弾性アームと、
（ｖ）前記内，外の回転軸および各回転アームを、該回
転軸の回りに同方向および反対方向の任意の角度に、い
ずれも同期させてそれぞれ独立に同速度で回動させる駆
動部とを備え、（ｖｉ）該駆動部による内，外の回転軸
および一対の各回転アームの反対方向の回動により前記
ハンドを、前記左右の弾性アームの弾性変形を介して前
記回転軸との間を前後に直線移動させ、前記内，外の回
転軸および一対の各回転アームの同方向の回動により前
記ハンドを、前記回転軸の回りに回動させる構成にした
ものである。

【００１３】また、一定位置に設置され、該位置より構
成部材の運動によりハンドを移動させてワークを搬送す
るワーク搬送用のロボットにおいて、（ｉ）ワークが載
置される平板状のハンドと、（ｉｉ）一定位置に設置さ
れた円筒状の内側回転軸および該内側回転軸の外周部に
内側回転軸と同軸に配置された円筒状の外側回転軸と、
（ｉｉｉ）該内側および外側の各回転軸の上端部に、１
８０°反対方向に突設された一対の各回転アームと、
（ｉｖ）左右ほぼ対称に相対させて配置され、基端部を
前記一対の各回転アームの端部にそれぞれ固着されると
ともに、先端部をハンドホルダーを介して前記ハンドに
固着されたばね材からなる帯状の左右の弾性アームと、
（ｖ）前記内，外の回転軸および各回転アームを、該回
転軸の回りに同方向および反対方向の任意の角度に、い
ずれも同期させてそれぞれ独立に同速度で回動させる駆
動部と、（ｖｉ）前記回転軸の軸線に対して前記ハンド
に設定されたＸＹ平面上の基準位置よりずれた位置を、
経時的に検出する位置検出手段と、（ｖｉｉ）該位置検
出手段により検出された位置データを演算して前記ハン
ドおよび各弾性アームの振動状態を推定し、対応する振
動の制御データを出力する制御系と、（ｖｉｉｉ）該制
御系からの制御データに基づいて前記駆動部の駆動デー
タを設定し、該駆動データを前記駆動部に出力する駆動
系とを備え、（ｉｘ）前記駆動部による内，外の回転軸
および一対の各回転アームの反対方向の回動により前記
ハンドを、前記左右の弾性アームの弾性変形を介して前
記回転軸との間を前後に直線移動させ、前記内，外の回
転軸および一対の各回転アームの同方向の回動により前
記ハンドを、前記回転軸の回りに回動させる構成にする
とよい。

【００１４】そして、前記一対の各回転アームを、ほぼ
Ｌ形に形成し、その一部に他の部分より弾性変形を容易
にさせる切欠きを形成するとともに、各回転アームと該
回転アームが固着される回転軸との間に、前記各弾性ア
ームの振動を低減する方向に励振可能な積層形圧電素子
を設ける構成にするとよい。

【００１５】また、前記左右の弾性アームを、相対する
面の各片面に、所定のピッチで、鉛直方向に対して所定
の角度に傾斜させた所定の厚さのリブを形成した構成に
することが望ましく、さらに、前記左右の弾性アーム
を、該左右の弾性アームと、基端部を前記各回転アーム
に前記弾性アームの基端部に隣接させて固着するととも
に、先端部を前記ハンドホルダーを介してハンドに、前
記弾性アームの先端部と位置をずらせて固着したばね材
からなる左右の補助弾性アームとからなる構成にするこ
とが好ましい。

【００１６】そして、前記左右の弾性アームを、所定の
ピッチで鉛直方向に配置された複数の短冊状の板と、該
短冊状の板と板との間の上下に互いにクロスさせて配設
した帯状のばね板とを、互いに固着してなる構成にして
もよく、また、前記左右の弾性アームを、相対する面の
各片面に、所定のピッチで、ほぼ鉛直方向に所定の深さ
の溝を形成した構成にしてもよく、また、前記左右の弾
性アームの相対する面を、下辺に比べて各上辺を開いて
傾斜させた構成にしてもよい。

【００１７】さらに、前記左右の弾性アームを、相対す
る面の板幅または／および板厚を、基端部から先端部ま
での応力が平均化するように減少させた構成にしてもよ
く、また、ばね材からなる鋼線により形成してもよい。

【００１８】また、前記左右の弾性アームを、予め、前
記各回転アームを回動して前記ハンドの位置が、該ハン
ドと回転軸との間を直線移動するストロークのほぼ１／
２にて形成される形状に成形してもよい。そして、前記
左右の弾性アームの表面には、腐食防止用の表面処理を
施すことが望ましい。

【００１９】なお、前記一対の各回転アームに、２枚の
圧電薄板を重ね合わせて形成した圧電素子板を備える構
成にすることが望ましく、また、前記ハンドを、磁性体
で形成するとともに、該ハンドの上下面を、前記左右の
弾性アームが最も伸長した状態の位置にて、極性の異な
る一対の磁石により間隙を有して挾まれた構成にすると
よい。

【００２０】さらに、前記制御系を、前記各回転軸より
検出された各回転軸のトルクを演算して前記ハンドおよ
び各弾性アームの振動状態を推定し、対応する振動の制
御データを、前記各弾性アームの基端側側面に間隙を有
して相対させた電磁石の磁力制御用として出力する構成
にしてもよい。

【００２１】

【作用】上記構成としたことにより、本発明のロボット
は、前記従来のロボットが、その構成部材で形成してい
た関節部および摺動部を有しない無関節・無摺動の構成
になることから、従来の関節部および摺動部の摩擦接触
による発ガスおよび発塵が無くなり、高真空下であって
も室内を汚染することなく、高クリーン状態を維持して
ワークハンドリングを行うことが可能になる。

【００２２】ワークハンドリングは、内，外の回転軸お
よび各回転アームが、該各回転軸をそれぞれ独立に回動
させる駆動部によって、回転軸の回りに同方向および反
対方向の任意の角度にいずれも同期させて同速度で回動
させられ、該回動により左右の弾性アームおよびハンド
を移動させて行われる。この場合、左右の弾性アーム
は、該弾性アームが帯状のばね部材からなるため、帯面
を円弧状に容易に屈曲させることが可能である。

【００２３】上記各弾性アームおよびハンドの移動は、
内，外の回転軸および各回転アームを同期させて互いに
反対方向に回動した場合には、左右の弾性アームの基端
側は、該弾性アームの基端部が固着されている各回転ア
ームを半径として回動させられ、それぞれ円弧状に弾性
変形させられる。そして、同時に、左右の弾性アームの
先端部、つまりハンドが、前記基端側の円弧状の弾性変
形量に応じて回転軸側へ直線移動して接近する。この場
合、前記駆動部は、内，外の回転軸および各回転アーム
の回転方向および回転速度を、任意に変化させることが
可能であるとともに、任意の角度に回動させることがで
きるため、弾性アームの円弧状の弾性変形量および変形
速度を任意に設定することが可能になり、従って、対応
するハンドの直線移動量（ストローク）も任意に設定す
ることができる。

【００２４】一方、前記内，外の回転軸および各回転ア
ームを同期させて同方向に回動した場合には、各回転ア
ーム，各弾性アームおよびハンドは、回転軸の回りを一
体的に回動する。そして、この場合にも駆動部によりそ
の回転方向および回転速度を任意に変化させることが可
能である。なお、この回動は、左右の各弾性アームの弾
性変形の開始前および終了後でも、また、各弾性アーム
の弾性変形およびハンドの移動の進行中でも可能であ
る。

【００２５】前記ハンドの位置検出手段，制御系および
駆動系とを設けた構成により、前記駆動部はワークハン
ドリング中、ハンドの位置データに対応して各回転軸お
よび各回転アームにおける回転速度および回転量を設定
される。このため、各弾性アームおよびハンドの振動を
従来に比べて低減することが可能になり、ハンドの位置
を精度よく位置決めすることが可能になる。

【００２６】また、ワークをほぼ水平面（Ｘ・Ｙ軸面）
内にてハンドリングする場合は、各回転軸は垂直方向
（Ｚ軸方向）に設置され、各弾性アームおよびハンドは
水平面内を移動し、かつ回動させられる構成になり、各
弾性アームおよびハンドを重力方向（Ｚ軸方向）に撓ま
せることになるが、各回転アームおよび各弾性アームを
前記のように構成することにより、各弾性アームの重力
方向の曲げ剛性を増加させて撓み量を減少させ、ハンド
の位置調整を容易にするとともに、振動を低減してハン
ドを精度良く水平移動させることが可能になる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図５を参
照して説明する。図１は本発明の一実施例のワーク搬送
用のロボットの全体概略構成を示す斜視図、図２は図１
のＩＩ−ＩＩ断面詳細図、図３は弾性アームが最も伸長
した状態を示す図、図４は弾性アームが弾性変形して円
弧状に縮小した状態を示す図、図５は圧電素子板を備え
た回転アームの作動説明図である。

【００２８】図１，２において、１はウエハ、２はウエ
ハ１を載置し、かつ固定する平板状のハンド、３は基端
部を回転アーム６の外端部に固着されるとともに、先端
部をハンドホルダー５を介してハンド２に固着されてい
るばね材からなる帯状の左の弾性アーム、４は左の弾性
アーム３と同様に、基端部を回転アーム７の外端部に固
着されるとともに、先端部をハンドホルダー５を介して
ハンド２に固着されているばね材からなる帯状の右の弾
性アームで、左右の弾性アーム３，４は図１に示す座標
のＺ軸方向の同レベルに左右ほぼ対称に相対させられて
配置されており、ハンドホルダー５および回転アーム
６，７とともに台形状に形成されている。ここで、弾性
アーム３，４はステンレスやりん青銅等が使用される。
８は回転アーム６の基端側に設けられている２枚の圧電
薄板を重ね合わせて形成したバイモルフ形の圧電素子
板、９は圧電素子板８と同様に回転アーム７の基端側に
設けられているバイモルフ形の圧電素子板で、いずれも
水平状態に取り付けられている。

【００２９】鎖線で示す８ａ，９ａは圧電素子板８，９
用のカバーで、圧電素子板８，９の作動時に発生のおそ
れのある塵埃を拡散しないように防止している。１０は
上部を台板７６に磁性流体シール１８を介して回動可能
に垂直に取り付けられている円筒状の外側回転軸、１１
は外側回転軸１０の内周部に磁性流体シール１８を介し
て外側回転軸１０と同軸に配置された円筒状の内側回転
軸で、外側回転軸１０の上端部外周は圧電素子板８に、
また、内側回転軸１１の上端部外周は圧電素子板９にそ
れぞれ互いに１８０°反対方向に接続されている。

【００３０】１２は外側回転軸１０を該外側回転軸１０
の下端部に固着されたディスク１４を介して回動させる
外側回転軸１０と同軸に設けられたモータ、１３はモー
タ１２と同様に、内側回転軸１１を該内側回転軸１１の
下端部に固着されたディスク１５を介して回動させる内
側回転軸１１と同軸に設けられたモータで、両モータ１
２，１３は台板７６の下面に固着されたブラケット１６
に固設されている。１９は磁性流体シール１８のフラン
ジ部と台板７６の上面との間に介設されたＯリングで、
磁性流体シール１８とともに台板７６の下面側の大気部
と台板７６の上面側の真空部とを遮断している。

【００３１】２０はハンド２の位置検出用のＴＶカメ
ラ、２１は内側回転軸１１内に嵌装されたパイプ状のカ
メラ台で、上端を内側回転軸１１の上端より突出させて
該部にＴＶカメラ２０を固着し、下端を内側回転軸１１
の下端より突出させて該部をフランジ２３に固着し、該
フランジ２３を介して両モータ１２，１３および両ディ
スク１４，１５を覆うカバー２４に支持されている。２
２はディスク１５とフランジ２３との間に介設されてデ
ィスク１５とカメラ台２１間をシールする磁性流体シー
ルである。なお、図１に示す２５は、ハンドホルダー５
に設定された内側および外側回転軸１０，１１の軸線に
対するＸＹ平面上の基準位置を示すターゲットライン
（この場合、縦のライン）である。

【００３２】つぎに、本発明のロボットの基本動作を図
３，４を参照して説明する。図中、図１，２と同符号の
ものは同じものを示す。なお、図３，４は前記図１，２
に示す圧電素子板８，９を備えていないロボットの基本
形を示す。左右の各弾性アーム３，４が最も伸長した図
３の状態においては、弾性アーム３，４の弾性変形はな
く直線状態であり、回転アーム６，７は回転軸１０，１
１を中心に互いに１８０°反対方向に向いて直線状態
で、ハンドホルダー５の面と平行になっていて、これら
の平面形状が台形を形成している。

【００３３】図３の状態において、図２に示すモータ１
２，１３を駆動し、回転アーム６，７を各回転軸１０，
１１の軸線Ｃの回りに同期させて同速度で互いに反対方
向（図示のＲ方向）に約９０°回動すると、回転アーム
６，７に固着されている弾性アーム３，４は、それぞれ
基端部を回転アーム６，７を半径として回動しながら全
体を円弧状に弾性変形させられ、同時に、ハンド２，ハ
ンドホルダー５をその弾性変形量に応じて軸線Ｃの方
向、すなわち図示Ａ方向に直線移動させて図４に示す状
態になる。このハンド２の直線移動量がワークハンドリ
ングのストロークとなり、弾性アーム３，４の長さ，回
転アーム６，７の回転半径ｄ₁，ｄ₂および回転アーム
６，７の回動量によって決まる。そして、このストロー
クは、回転アーム６，７が任意の角度に回動可能に構成
されているため、途中、任意の位置に設定することが可
能であり、移動速度も任意に設定可能である。

【００３４】図４の状態からさらにハンド２を軸線Ｃ側
に移動してストロークを増す場合には、回転アーム６，
７をさらに回動させる必要があるが、その際には、回転
アーム６，７の回転半径ｄ₁，ｄ₂に差をつけ、例えば図
に示すように、回転アーム６の回転半径ｄ₁を回転アー
ム７の回転半径ｄ₂より大きくし、回転アーム６，７お
よび弾性アーム３，４が互いに干渉しないで約１８０°
まで回動可能にする。図４の状態から図３の状態に戻す
には、回転アーム６，７を同期させて前記と反対方向に
回動させればよい。

【００３５】一方、回転アーム６，７を各回転軸１０，
１１の軸線Ｃの回りに同期させて同速度で同方向に回動
すると、ハンド２，弾性アーム３，４および回転アーム
６，７は、軸線Ｃの回りを一体的に回動する。この回動
の回転方向および回転速度は、前記反対方向の回動の場
合と同様に任意に設定可能である。そして、弾性アーム
３，４の弾性変形の開始前および終了後でも、また、弾
性変形中でハンド２が移動中であっても回動可能であ
る。

【００３６】上記説明したように、回転アーム６，７
を、その回転方向，回転速度および回動量を任意に選択
して回動することにより、弾性アーム３，４の回転位
置，弾性変形量およびその速度を任意に変化させること
ができるから、ハンド２上に載置したウエハ１を、ＸＹ
平面の任意の位置に、関節部や摺動部の摩擦接触を伴う
ことなく搬送することが可能になる。

【００３７】つぎに、圧電素子板８，９を備えたロボッ
トの動作を図５を参照して説明する。図５（ａ）は、圧
電素子板８，９に＋電圧が印加されて図２に示す水平状
態から凹状態に屈曲した状態を示す図、図５（ｂ）は、
圧電素子板８，９に−電圧が印加されて図２に示す水平
状態から凸状態に屈曲した状態を示す図である。図中、
図１ないし４と同符号のものは同じものを示す。

【００３８】図５（ａ）に示すように、圧電素子板８，
９が凹状態に屈曲すると、該屈曲量に応じて圧電素子板
８，９の外端部に固着されている回転アーム６，７が図
２に示す水平状態より上昇し、同時に、弾性アーム３，
４およびハンド２をＺ軸方向に上昇させる。反対に、図
５（ｂ）に示すように、圧電素子板８，９が凸状態に屈
曲すると、該屈曲量に応じて圧電素子板８，９の外端部
に固着されている回転アーム６，７が図２に示す水平状
態より下降し、同時に、弾性アーム３，４およびハンド
２をＺ軸方向に下降させる。この場合、電圧の印加は容
易かつ任意にできるから、圧電素子板８，９の凹・凸の
屈曲量を任意に設定することが可能になり、ウエハ１の
Ｚ軸方向の位置を所望の高さに調整してハンドリングす
ることができる。

【００３９】つぎに、ハンド２の位置検出手段，制御系
および駆動系を備えた本発明の第２の実施例を図１，図
６ないし図８を参照して説明する。図６は本発明の第２
の実施例におけるハンド２の制御系および駆動系の説明
図、図７は弾性アームの振動モード例を示す斜視図、図
８は弾性アームの振動制御方法の説明図である。図中、
図１ないし図５と同符号のものは同じものを示す。

【００４０】図６において、２６はハンド２の位置検出
手段（本実施例においては、ＴＶカメラ２０）により検
出された位置データを演算してハンド２および各弾性ア
ーム３，４の振動状態を推定し、対応する振動の制御デ
ータを出力する制御系で、制御系２６内には図１に示す
ように、リレーボード，モータ１２，１３用のモータコ
ントロールボード，ＴＶカメラ２０に接続されたＡ／Ｄ
コンバータ，モータ１２，１３に接続されたパラレルＩ
／Ｏカウンタ等が内設されている。２７は制御系２６か
らの制御データに基づいて圧電素子板８，９およびモー
タ１２，１３の駆動データを設定し、設定した駆動デー
タにより圧電素子板８，９およびモータ１２，１３を駆
動する駆動系である。

【００４１】図７（ａ）は弾性アーム３，４の振動の１
次モードで、振動形態は、弾性アーム３，４と回転アー
ム６，７との固着部が節となり、ハンド２側が腹となっ
て振動する。この場合の固有振動数は３．６Ｈｚであ
る。図７（ｂ）は２次モードで、振動形態は、弾性アー
ム３，４と回転アーム６，７との固着部と、弾性アーム
３，４とハンドホルダー５との固着部とが節となり、弾
性アーム３，４の長手方向のほぼ中央部が腹となって振
動する。この場合の固有振動数は１５．３Ｈｚである。
図７（ｃ）は３次モードで、振動形態は、弾性アーム
３，４と回転アーム６，７との固着部と、弾性アーム
３，４とハンドホルダー５との固着部とが節となり、弾
性アーム３，４の長手方向の２個所が腹となって振動す
る。この場合の固有振動数は３６．６Ｈｚである。これ
らの各振動モードは、弾性アーム３，４が弾性変形した
前記図４の状態から弾性変形のない図３の状態に変化し
た場合の振動無制御下の実験データであるが、この結果
から振動の最も大きい１次モードの振動を制御すればよ
いことがわかる。

【００４２】前記ハンド２および各弾性アーム３，４の
振動状態を推定するための振動検出方法は、ハンド２お
よび各弾性アーム３，４にひずみゲージまたは加速度ピ
ックアップを設ける方法，ＴＶカメラまたは変位センサ
ーでハンド２の位置を検出する方法，トルクメータを回
転軸１０，１１に設ける方法等があるが、本実施例にお
いては、図１に示すようにＴＶカメラ２０を使用して検
出する。

【００４３】ＴＶカメラ２０により検出したハンド２の
位置データは、図６に示すように制御系２６に送られ、
ここで弾性アーム３，４の振動状態およびハンド２の位
置と振動の状態を推定し、対応する最適の振動制御デー
タを出力する。以下、図８を参照して振動制御方法の一
例を説明する。

【００４４】図８（ａ）は振動制御方法を示すブロック
線図で、ｙ（０）はハンド２の目標位置（基準位置）、
ｚはモータ１２，１３に対する駆動指令、θはモータ１
２，１３の回動角、ｙ（ｔ）はｔ時間アーム１３後にＴ
Ｖカメラ２０がハンド２を検出した位置を示している。
図８（ｂ）はハンド２のｙ方向の振動に対して発するモ
ータ１２，１３への駆動指令（ｚ）のタイミングと、駆
動したモータ１２，１３の回動角θを示している。そし
て、図８（ｃ）はモータ１２，１３への駆動指令（ｚ）
のタイミングを示す図で、ｙはＴＶカメラ２０がハンド
２を検出した位置ｙ（ｔ）と目標位置ｙ（０）との差、
ｄｙ／ｄｔはハンド２の位置を時間ｔで微分したもの
で、ハンド２の速度を示している。そして、螺旋状の線
はハンド２のｙ方向の位置および速度の値を連続的に示
したもので、図に示す切換線Ｌ上にハンド２のｙ方向の
位置と速度の値が一致した点、すなわち、Ａ₁，Ａ₂，Ａ
₃において図８（ｂ）に示すモータ１２，１３への駆動
指令（ｚ）を行う。このように、切換線Ｌは、ハンド２
の位置と速度がこの線上に一致したとき、モータ１２，
１３への駆動指令（ｚ）を行うことを表している。ま
た、図８（ｃ）の中央部に示す円は、ハンド２の位置お
よび速度の目標範囲を示している。すなわち、ハンド２
が目標位置に近づき、かつ移動速度が低下して、振動エ
ネルギが目標値内に低下している範囲を表している。

【００４５】つぎに、振動制御の具体的な方法について
説明する。図１に示すターゲットライン２５のＹ軸方向
の位置をＴＶカメラ２０により検出し、その位置の値を
ｙ（ｔ₁）とし、ｙ（ｔ₁）と前記目標位置ｙ（０）との
差、すなわち、ｙ（ｔ₁）−ｙ（０）をｙ₁とする。そし
て、ｔ時間（数ｓｅｃ）後に、再度ＴＶカメラ２０によ
りターゲットライン２５のＹ軸方向の位置を検出して前
記と同様の演算を行い、ターゲットライン２５のＹ軸方
向の位置をｙ（ｔ₂）とし、ｙ（ｔ₂）−ｙ（０）をｙ₂
とする。そして、ｙ（ｔ₁）の検出からｙ（ｔ₂）の検出
までに要した時間をｔ₁とする。この場合、ハンド２の
ｙ（ｔ₁）の位置からｙ（ｔ₂）の位置への移動速度ｄｙ
₁₂／ｄｔ₁は、

【００４６】

【数１】

【００４７】となる。そして、ｙ（ｔ₂）とｄｙ₁₂／ｄ
ｔ₁とを切換線Ｌの式と比較する。ここで、例えば、切
換線Ｌの式を、

【００４８】

【数２】

【００４９】とし、ｙ（ｔ₂）とｄｙ₁₂／ｄｔ₁とを

【数２】の式に代入して、次式の

【００５０】

【数３】

【００５１】が成立すれば、前記図８（ｃ）に示す切換
線Ｌ上の点Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃の位置において、モータ１
２，１３に対して駆動指令（ｚ）を送信することができ
る。そして、ｙ（ｔ₂）とｄｙ₁₂／ｄｔ₁とが、

【００５２】

【数４】

【００５３】の場合には、モータ１２，１３に対する駆
動指令（ｚ）は送信しない。

【００５４】前記モータ１２，１３に対する駆動指令
（ｚ）は、回転方向および回動量が送信される。このう
ち回転方向は、前記図７（ａ）における１次モード振動
により弾性アーム３，４に発生している変形（屈曲）に
よるエネルギを除去させる方向、すなわち、弾性アーム
３，４の変形状態を直線状に回復させる方向に回転させ
ればよい。具体的には、前記ｙ（ｔ₂）またはｄｙ₁₂／
ｄｔ₁が、ターゲットライン２５に対してＹ軸方向に正
（＋）の場合は、モータ１２，１３も正（＋）の方向に
駆動し、反対にｙ（ｔ₂）またはｄｙ₁₂／ｄｔ₁が、負
（−）の場合には、モータ１２，１３も負（−）の方向
に駆動する。

【００５５】一方、回動量は、Ｙ軸方向のハンド２の位
置ｙ（ｔ₂）および移動速度ｄｙ₁₂／ｄｔ₁とから、次式

【００５６】

【数５】

【００５７】の値を計算して決める。そして、この計算
値が、前記図８（ｃ）に示す中央部の円内に入るように
回動量を決める。

【００５８】このように上記第２の実施例においては、
ＴＶカメラ２０を使用した位置検出手段により検出した
ハンド２の位置データを制御系２６に送り、ここで前記
位置データに基づいて弾性アーム３，４の振動状態およ
びハンド２の位置と振動の状態を推定し、対応するモー
タ１２，１３に対する回転方向および回動量を決定し、
駆動系を介して最適の振動制御データを出力するように
したから、弾性アーム３，４の振動を低減し、ハンド２
を精度よく位置決めしてハンドリングすることが可能に
なった。

【００５９】図９は、前記第２の実施例の変形例で、振
動制御データの基になるデータを、回転軸１０，１１に
設けたひずみゲージを介して検出した回転軸１０，１１
のトルクを基にして出力する構成である。図中、図１，
２と同符号のものは同じものを示す。図において、２８
は弾性アーム３の側面に僅かな隙間を設けて相対させて
配置されている電磁石、２９は弾性アーム４の側面に僅
かな隙間を設けて相対させて配置されている電磁石であ
る。前記ひずみゲージは図示されていないが、該ひずみ
ゲージを介して検出された回転軸１０，１１のトルク値
は、図に示す振動制御系に送られ、前記トルク値により
演算された振動制御データを電磁石駆動部に送信し、電
磁石２８，２９の磁力を制御する。この磁力制御によ
り、弾性アーム３，４を吸引する電磁石２８，２９の吸
引力および反発して弾性アーム３，４を遠ざける反発力
を変化させ、弾性アーム３，４の振動をその状態に応じ
て抑制することができ、ハンド２を精度のよい位置決め
でハンドリングすることが可能である。なお、この場合
には、弾性アーム３，４は磁性材料を使用する。

【００６０】図１０は、前記第２の実施例における振動
制御の具体的な構成例を示す図である。図中、図１，２
と同符号のものは同じものを示す。図において、６１は
弾性アーム３に連結されたＬ形の回転アーム、６２は弾
性アーム４に連結されたＬ形の回転アームで、回転アー
ム６１とほぼ対称形に配置されている。６５は回転アー
ム６１の一部に、また、６６は回転アーム６２の一部に
それぞれ形成されている切欠きで、他の部分より弾性変
形を容易にさせるためのものである。６３は回転アーム
６１と回転軸１０との間に設けられた積層形の圧電素
子、６４は回転アーム６２と回転軸１１との間に設けら
れた積層形の圧電素子で、各圧電素子６３，６４は、当
接している弾性アームの振動を低減する方向、すなわ
ち、当接している弾性アームの振動方向に抗して伸縮す
るように励振可能になっている。この各圧電素子６３，
６４の伸縮により、回転アーム６１，６２は、それぞれ
切欠き６５，６６の部分で弾性変形させられ、該弾性変
形により弾性アーム３，４の振動を低減することができ
る。

【００６１】また、図１１は前記第２の実施例における
振動制御の具体的な他の構成例を示す図である。図にお
いて、６７，６８は極性の異なる一対の磁石で、ハンド
２を挾むようにハンド２の上下面と僅かに間隙を設けて
相対させて配置されている。そして、磁石６７，６８を
配置する場所は、弾性アーム３，４が最も伸長した位置
である。なお、ハンド２には磁性材が使用される。本構
成の場合、ハンド２がＸ軸またはＹ軸方向に振動する
と、該振動によって磁石６７，６８間の磁路が変化する
が、該変化によりハンド２に磁路の変化に抗する力を発
生させるとともに、ハンド２に渦電流を発生させ、ハン
ド２および弾性アーム３，４の振動を低減させるように
作用する。このハンド２の振動低減は、載置しているウ
エハ１の振動による損傷や塵埃の付着等を減少させる効
果を有する。

【００６２】つぎに、実際に弾性アームの模型を製作し
て実験したシミュレーション結果を、図１２を参照して
説明する。図１２（ａ）は弾性アームを前記図３の状態
から図４の状態まで弾性変形させた場合における弾性ア
ーム先端の軌跡を示す側面図、図１２（ｂ）は回転アー
ムの回転角度に対するハンドのＺ軸方向の変位量を示す
図である。

【００６３】弾性アームの模型は、厚さ１ｍｍのステン
レス材の矩形板である。図１２（ａ）に示す弾性アーム
の上辺先端のＰ点は、回転軸の軸線Ｃに接近するに従い
Ｚ軸方向下方への変位量を増加し、回転アームの回動角
が約１７０°付近で図１２（ｂ）に示すように最大約４
０ｍｍになる。この値は、ワークの搬送上、実用に供し
得ず、少なくとも数ｍｍ以下に低減させる必要がある。

【００６４】上記弾性アーム先端部のＺ軸方向の変位量
を低減する方法として、弾性アームの板厚を厚くするこ
とが考えられるが、その場合には弾性アームは弾性変形
がしにくくなり、内部応力が大きくなって寿命を低下さ
せる直接の原因となり好ましくない。従って、弾性アー
ムの板厚寸法には限界があることがわかる。

【００６５】いま、弾性アームの許容繰り返し曲げ回数
を１０⁶回とすると、ステンレス材からなる弾性アーム
の１０⁶回の繰り返し曲げ回数に耐え得る曲げ応力
（σ）は、７．８×１０⁸Ｎ／ｍ²以下になる。一方、板
厚（ｔ）は、曲げ応力（σ），曲率半径（ｒ），弾性係
数（Ｅ）により次式の

【００６６】

【数６】

【００６７】によって決まるが、ステンレス材の場合、
Ｅ＝２×１０¹¹Ｎ／ｍ²，σ＝７．８×１０⁸Ｎ／ｍ²で
あり、また、ハンド２のストロークを確保するために
は、弾性アームの曲率半径をできるだけ小さくすること
が望ましいが、ここでは曲率半径ｒ＝１１３ｍｍとし、
これら各値を前記数式６に代入すると、板厚ｔ＝１ｍｍ
が算出される。

【００６８】図１３は上記条件にて計算した弾性アーム
の曲げ応力（σ）の状態を示す例で、図１３（ａ）は、
弾性アーム長手方向の６個所の位置における曲げ応力
（σ）の結果である。ここで、Ｎｏ．１は、図１３
（ｂ）の応力線図に示すように、回転アームを１８０°
回動させた場合、すなわち、弾性変形量が最大の場合に
おける弾性アームの長手方向のほぼ中央位置を示し、Ｎ
ｏ．５ないしＮｏ．２１は、該中央位置より弾性アーム
の先端側および基端側にそれぞれ順に所定距離だけ離れ
た位置を示す。曲げ応力（σ）の最大値は、前記Ｎｏ．
１の位置で発生するが、この場合の弾性アームの形状
は、弾性変形して最も外方に突出した部分が円弧状より
さらに外方に膨らみ、円弧状よりもむしろ楕円状に近い
形状になっている。図１３（ａ）からわかるように、最
大値は７．４７×１０⁸Ｎ／ｍ²である。この値は、前記
数式６による計算値とほぼ一致する。

【００６９】上記結果からもわかるように、弾性アーム
の板厚寸法は厚くすることができず、むしろ変形を容易
にするため薄くする方が好ましいが、薄くした場合に
は、前述の如くハンド２のＺ軸方向の変位量が増すため
それを防止する構成が必要になる。この構成例を図１４
ないし図２０を参照して説明する。図１４は弾性アーム
のＺ軸方向の変位量低減構成例その１、図１５は弾性ア
ームのＺ軸方向の変位量低減構成例その２、図１６は弾
性アームのＺ軸方向の変位量低減構成例その３、図１７
は弾性アームのＺ軸方向の変位量低減構成例その４、図
１８は弾性アームのＺ軸方向の変位量低減構成例その
５、図１９は弾性アームのＺ軸方向の変位量低減構成例
その６、図２０は弾性アームのＺ軸方向の変位量低減構
成例その７である。図中、図１ないし図４と同符号のも
のは同じものを示す。

【００７０】図１４において、図１４（ａ）は前記図３
に対応する図で、３１は片面（本実施例では外側面）に
リブ３１ａを形成した弾性アーム、４１は弾性アーム３
１と同様に外側面にリブ４１ａを形成した弾性アームで
ある。リブ３１ａ，４１ａは、予め、計算と実験により
設定されたピッチ，厚さおよび鉛直方向に対して所定の
角度（５°前後が好ましい）に傾斜させて形成される。
形成方法は、機械加工による厚板からの削り出しまたは
溶接で、帯状部とリブ３１ａ，４１ａとは完全に一体に
形成される。図１４（ｂ）はリブ４１ａの拡大図であ
る。弾性アーム３１，４１の弾性変形は、リブ３１ａ，
４１ａの形成されていない帯状部の変形により行われる
が、リブ３１ａ，４１ａを傾斜させて形成しているた
め、前記帯状部の変形方向が軸線Ｃと平行にならず、該
傾斜量に応じて斜めに弾性変形が行われることになり、
それだけハンド２部のＺ軸方向の変位量が低減される。
図１４（ｃ）は弾性アーム３１，４１の弾性変形量、つ
まりウエハ１の搬送距離とハンド２のＺ軸方向の変位量
との関係を示す図で、単位はいずれもｍｍである。図か
らわかるように、搬送距離約４００ｍｍの位置で変位量
は水平状態より＋１１ｍｍとなった。この値は、前記図
１２におけるリブのない弾性アームでの実験値約−４０
ｍｍに比べてかなり低減したことを示している。

【００７１】図１５において、図１５（ａ）は前記図１
４（ａ）に対応する図である。３２は複数の部材からな
る弾性アームで、所定のピッチで鉛直方向に配置された
複数の短冊状の板３２ｃ，短冊状の板３２ｃと板３２ｃ
との間の上下に互いにクロスさせて固着された帯状のば
ね板３２ａ，３２ｂとにより一体的に構成されている。
４２は弾性アーム３２と同じ構成からなる弾性アームで
ある。図１５（ｂ）は弾性アーム４２の構成の一部の拡
大図である。弾性アーム３２，４２の弾性変形は、ばね
板３２ａ，３２ｂの部分の変形により行われるが、その
際、短冊状の板３２ｃ，４２ｃは変形しないため、ばね
板３２ａ，３２ｂのクロス状態が保たれてＺ軸方向の変
位に対して抵抗することができる。図１５（ｃ）は回転
アーム６，７の回転角度とハンド２のＺ軸方向の変位量
（単位ｍｍ）との関係を示す図である。図からわかるよ
うに、変位量は回転角度が約１４０°の位置が最大とな
り、水平状態より−１．６ｍｍである。また、搬送距離
約４００ｍｍに相当する回転角度が１８０°の位置で
は、変位量はむしろ減少して−０．８ｍｍ以下となる。
これらは十分に実用可能な値である。

【００７２】図１６において、３３，４３は左右の弾性
アームで、その各片面には所定のピッチで、ほぼ鉛直方
向に溝３３ａ，４３ａが形成されている。溝３３ａ，４
３ａの深さ，ピッチおよび鉛直方向との傾斜角度等は、
前記図１４におけるリブと同様に、予め、計算と実験と
により設定される。本構成において弾性アーム３３，４
３は、溝３３ａ，４３ａにて屈曲して弾性変形するが、
該溝３３ａ，４３ａ以外の部分が前記図１４におけるリ
ブと同様の作用・効果を奏し、ハンド２のＺ軸方向の変
位量を低減する。

【００７３】図１７において、図１７（ａ）は前記図１
４（ａ）に対応する図である。図において３４，４４は
左右の弾性アームで、両者の相対する面は、下辺に比べ
て各上辺を開いて傾斜し、該傾斜分だけ下辺に比べて上
辺の回転半径を大きくした構成になっている。各上辺を
開く角度は、予め、計算と実験とにより設定されるが、
回転アーム６，７の回動により弾性アーム３４，４４が
弾性変形する際、回転アーム６，７の回動角に応じて上
記回転半径の差からハンド２を上方に押し上げる力が作
用し、Ｚ軸方向の変位量を低減する。図１７（ｂ）は本
構成における回転アーム６，７の回動角とハンド２のＺ
軸方向の変位量（単位ｍｍ）との関係を示す一例で、図
に示すように、変位量は回動角が約４０°ないし約１０
０°の範囲が最大で、水平状態より＋２０ｍｍないし＋
２５ｍｍである。また、搬送距離約４００ｍｍに相当す
る回動角が１８０°の位置では、変位量は水平状態より
下がり約−２５ｍｍとなる。

【００７４】図１８において、３５，４５は相対する面
の板幅を基端部から先端部にいくにしたがって減少し、
その間の各部の曲げ応力を平均化するように構成した左
右の弾性アームである。弾性アーム３５，４５の断面の
変化は、板幅だけでなく板厚とともに変化させてもよ
い。前記弾性アーム各部の曲げ応力の平均化は、図１３
で述べた弾性アーム長手方向のほぼ中央位置Ｎｏ．１に
おける最大応力を低下させるとともに、他の部分の応力
を平均化し、弾性アーム３５，４５の寿命を延ばすこと
ができる。

【００７５】図１９は、前記図１８の変形例で、弾性ア
ームの断面変化を、板幅一定の弾性アーム３６，４６に
切欠き窓３６ａ，４６ａを形成して行う構成である。こ
の場合にも断面変化を、板幅だけでなく板厚とともに変
化させてもよい。

【００７６】図２０は、左右の弾性アームのほかにもう
一対の補助弾性アームを併設した構成である。図におい
て、３７，４７は左右一対の弾性アーム、３７ａ，４７
ａは弾性アーム３７，４７の相対する内側面に形成した
リブで、前記図１４におけるリブと同様に形成されてい
る。３８，４８はばね材からなる帯状の左右一対の対称
に配置された補助弾性アームで、いずれも基端部を弾性
アーム３７，４７の基端部に隣接させて回転アーム６，
７に固着するとともに、先端部をハンドホルダー５を介
してハンド２に弾性アーム３７，４７の先端部と位置を
内側にずらせて固着されている。この内側にずらせる寸
法は、補助弾性アーム３８，４８の先端を延長したとき
の交点が、ハンド２に載置されるワークの重心位置に一
致するように設定することが好ましい。本構成の場合、
図示の状態で回転軸１１の回りに回動するＹ方向の振動
は極端に小さくなり、また、回転アーム６，７が回動し
て弾性アーム３７，４７が弾性変形する際には、補助弾
性アーム３８，４８の回転半径が弾性アーム３７，４７
より小さいことから、その差により弾性アーム３７，４
７を上方に引き上げる力が作用するとともに全体の剛性
が大きくなり、振動を低減し、かつハンド２のＺ軸方向
の変位量を低減する。

【００７７】前記図１５ないし図１９においては、図を
簡単にするため前記図１４におけるリブを図示していな
いが、該リブを形成することにより図１４におけると同
様の作用・効果を奏することは勿論である。

【００７８】つぎに、図２１はマイクロメカニズム等に
特に好適な、前記した各実施例よりさらに小形化可能な
ワーク搬送用のロボット構成の実施例を示す。図におい
て、３９，４９はピアノ線等のばね鋼線（例えば、直径
２〜３ｍｍ）により形成された左右ほぼ対称に配置され
た弾性アーム、５０は弾性アーム３９，４９の先端部と
ハンド２とを連結するハンドホルダーである。弾性アー
ム３９，４９，ハンド２およびハンドホルダー５０は、
いずれも寸法を薄くまたは細く形成されているから、ロ
ボット全体を前述の各実施例のロボットに比べて小形化
することが可能で、僅かな間隙に対してもワーク搬送を
行うことができる。なお、本実施例における作用は、前
記各実施例のロボットと同様である。

【００７９】なお、前記各実施例におけるロボットをつ
ぎのように形成してもよい。すなわち、前記左右の弾性
アームを、予め、各回転アーム６，７を回動してハンド
２の所要のストロークのほぼ１／２のとき形成される形
状に、熱処理を介して成形する。このようにして形成さ
れた弾性アームを有するロボットの前記成形状態からの
ハンド２の移動量は、ハンド２のストロークを伸長する
場合も、反対にストロークを短縮する場合も、いずれも
前記各実施例におけるロボットのほぼ１／２になり、該
移動に要するモータのパワーおよび移動により発生する
弾性アームの曲げ応力も１／２になる。従って、弾性ア
ームの繰り返し曲げに対する寿命を高めることができ
る。しかし、この場合には、弾性アームのフリー状態
が、直線状とならず円弧状になる。そして、この構成
は、前記した各実施例における弾性アームのすべてに適
用可能である。

【００８０】また、前記した各実施例における弾性アー
ムのすべてに、その表面に、例えばＳｉＯ等の表面処理
を施し、弾性アームの腐食を防止することにより寿命を
高めることができる。

【００８１】つぎに、前記した本発明のロボットをワー
クの製造装置に適用した例について、図２２ないし図２
４を参照して説明する。図２２は本発明の前記図１，２
に示すロボットを設置したマルチチャンバ形のウエハ処
理装置の一部断面平面図、図２３は図２２のＡ−Ａ断面
拡大図、図２４は処理室に対するワーク（本例ではウエ
ハという）搬送動作の説明図である。図中、図１および
図２と同符号のものは同じものを示す。

【００８２】図２２，２３において、７０はウエハ処理
装置の中央部に設けられたロボットを設置する真空の搬
送室、７１，７２，７３は搬送室７０の周囲に配設され
たゲートバルブ７７により仕切られている真空の複数の
円筒形の処理室、７４はゲートバルブ７７により仕切ら
れている真空の円筒形のロードロック室である。７５，
７６は搬送室７０，処理室７１，７２，７３およびロー
ドロック室７４の上下を密閉する上板と台板である。７
８はロードロック室７４に設けられているウエハ１の出
入口、７９は出入口７８に取り付けられている開閉蓋、
８０は処理室７１，７２，７３およびロードロック室７
４内に設置されているウエハ１用の支持台、８１は支持
台８０に植設されているウエハ１載置用の支持ピン、８
２は上記構成を有するウエハ処理装置を支持する支柱で
ある。

【００８３】つぎに、上記ウエハ処理装置内におけるロ
ボットのウエハ搬送動作について説明する。図２２で
は、処理室７１で処理されたウエハ１を処理室７２内へ
搬送する状態のロボット姿勢を示している。すなわち、
回転アーム６，７を同期させて同時に反対方向に約１８
０°回動させ、弾性アーム３，４を弾性変形させてハン
ド２を回転軸１０，１１側に移動させた姿勢である。こ
の姿勢からウエハ１を処理室７２内へ搬入するには、処
理室７２のゲートバルブ７７を開き、弾性アーム３，４
の弾性変形を解除するように、回転アーム６を反時計方
向に、また回転アーム７を時計方向に同期させて同時に
約１８０°回動させる。この回動により弾性アーム３，
４が伸長し、ハンド２が処理室７２内に挿入され、ハン
ド２に載置されたウエハ１が支持ピン８１の上方に位置
させられて図２４に示す状態になる。ついで、圧電素子
板８，９に−電圧を印加して該圧電素子板８，９を前記
図５（ｂ）に示すように弓状に変形させ、ハンド２を下
降させてウエハ１を支持ピン８１上に載せる。つぎに、
この状態で弾性アーム３，４を弾性変形させる方向に、
回転アーム６，７を同期させて同時に反対方向に約１８
０°回動させると、図２２の状態に戻り、処理室７２の
ゲートバルブ７７が閉じられて支持ピン８１上のウエハ
１に所定の処理が行われる。

【００８４】処理室７２内の処理が終わると、再びゲー
トバルブ７７が開かれ、弾性アーム３，４が伸長されて
支持ピン８１上のウエハ１の下方にハンド２が挿入され
る。ここで、圧電素子板８，９に＋電圧を印加して該圧
電素子板８，９を前記図５（ａ）に示すように図５
（ｂ）と反対方向に弓状に変形させ、ハンド２を上昇さ
せてウエハ１をハンド２上に載置する。そして、弾性ア
ーム３，４を弾性変形させる方向に回転アーム６，７を
回動させて図２２の状態に戻り、ゲートバルブ７７を閉
じる。

【００８５】つづいて処理室７３の処理工程に移るた
め、ロボットを処理室７３側に正対させる。この動作
は、ハンド２を、回転軸１０，１１側へ全ストローク移
動させた図２２に示すロボット姿勢のまま、回転軸１
０，１１を同期させて同時に同方向に９０°回動させて
行う。そして、処理室７３のゲートバルブ７７を開き、
処理室７３における処理を、前記処理室７２における処
理と同様の手順にて行う。

【００８６】このように、本発明のロボットを使用した
上記ウエハ処理装置内におけるウエハ搬送は、ロボット
に関節部が一切無いため、従来のように関節部の摩擦接
触により発生していた塵埃およびガスを発性させること
がなくなる。また、真空グリースを使用する必要もなく
なりロボットの耐真空度が向上するため、前記各処理室
は勿論、ウエハ処理装置内全体をウルトラクリーンに対
応可能にし、ウエハ１の品質を向上させることができ
る。

【００８７】一方、ロボットに関節部が一切無いことか
ら、関節部の摩擦接触による摩耗の発生がない。このた
め、ロボットは高寿命となり、また、ウエハ１搬送時の
ハンド２の位置が常に高精度に維持されるから、所定の
位置に正確にハンドリングすることが可能になる。さら
に、部品点数が少なく簡単な構成からなるため、ロボッ
トは勿論、該ロボットを使用する装置も小形化すること
が可能である。

【００８８】なお、本発明のロボットの使用例について
は、高真空下のウエハ処理装置に使用する例を説明した
が、これに限定されるものではなく、大気中，液体中，
特殊ガス中のほか、高温下においても使用可能であり、
前記と同様の作用・効果を奏することができる。

【００８９】さらに、ワーク１を水平面（Ｘ・Ｙ軸面）
内で搬送する例について説明したが、回転軸１０，１１
を水平に設置し、該軸の回りに回転アーム６，７を回動
させて、ワーク１を垂直面（Ｚ・Ｘ軸面またはＺ・Ｙ軸
面）内で搬送することも可能である。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ワーク搬
送用のロボットを、ワーク搬送中に、塵埃やガス等を発
生させることなく、高精度にハンドを位置決めしてハン
ドリングさせることができ、しかも、高寿命にするとと
もに小形化することができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のワーク搬送用のロボット
の全体概略構成を示す斜視図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面詳細図である。

【図３】弾性アームが最も伸長した姿勢を示す図であ
る。

【図４】弾性アームが弾性変形して円弧状に縮小した姿
勢を示す図である。

【図５】圧電素子板を備えた回転アームの作動説明図で
ある。

【図６】本発明の第２の実施例におけるハンドの制御系
および駆動系の説明図である。

【図７】弾性アームの振動モード例を示す斜視図であ
る。

【図８】弾性アームの振動制御方法の説明図である。

【図９】図６に示す第２の実施例の変形例を示す図であ
る。

【図１０】本発明の振動制御の具体的な構成例を示す図
である。

【図１１】本発明の振動制御の具体的な他の構成例を示
す図である。

【図１２】弾性アームの模型による弾性変形時の先端部
の軌跡と変位量の説明図である。

【図１３】弾性アームの曲げ応力状態例を示す図であ
る。

【図１４】弾性アームのＺ軸方向の変位量を低減させる
構成例その１の図である。

【図１５】弾性アームのＺ軸方向の変位量を低減させる
構成例その２の図である。

【図１６】弾性アームのＺ軸方向の変位量を低減させる
構成例その３の図である。

【図１７】弾性アームのＺ軸方向の変位量を低減させる
構成例その４の図である。

【図１８】弾性アームのＺ軸方向の変位量を低減させる
構成例その５の図である。

【図１９】弾性アームのＺ軸方向の変位量を低減させる
構成例その６の図である。

【図２０】弾性アームのＺ軸方向の変位量を低減させる
構成例その７の図である。

【図２１】本発明のロボットの他の弾性アームの構成例
を示す図である。

【図２２】本発明のロボットのウエハ製造装置への使用
例を示す一部断面平面図である。

【図２３】図２２のＡ−Ａ断面拡大図である。

【図２４】図２２におけるウエハ搬送動作の説明図であ
る。

【符号の説明】

１…ワーク（ウエハ）、２…ハンド、３，４…弾性アー
ム、５，５０…ハンドホルダー、６，７…回転アーム、
８，９…圧電素子板、１０…回転軸（外側）、１１…回
転軸（内側）、１２…モータ（回転軸１０用）、１３…
モータ（回転軸１１用）、２０…ＴＶカメラ、２５…タ
ーゲットライン、２６…制御系、２７…駆動系、３１，
３２，３３，３４，３５，３６，３７，３９，４１，４
２，４３，４４，４５，４６，４７，４９…弾性アー
ム、３１ａ，４１ａ…リブ、３２ａ，３２ｂ，４２ａ，
４２ｂ…ばね板、３２ｃ，４２ｃ…短冊状の板、３３
ａ，４３ａ…溝、３６ａ，４６ａ…切欠き窓、３８，４
８…補助弾性アーム、７０…搬送室、７１，７２，７３
…処理室、７４…ロードロック室、７５…上板、７６…
台板、Ｃ…回転軸の軸線、Ｌ…切換線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 高道 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 小田島 均 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 伊東 徹雄 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立画像情報システム内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定位置に設置され、該位置より構成部
   材の運動によりハンドを移動させてワークを搬送するワ
   ーク搬送用のロボットにおいて、（ｉ）ワークが載置さ
   れる平板状のハンドと、（ｉｉ）一定位置に設置された
   円筒状の内側回転軸および該内側回転軸の外周部に内側
   回転軸と同軸に配置された円筒状の外側回転軸と、（ｉ
   ｉｉ）該内側および外側の各回転軸の一端部に、１８０
   °反対方向に突設された一対の各回転アームと、（ｉ
   ｖ）左右ほぼ対称に相対させて配置され、基端部を前記
   一対の各回転アームの端部にそれぞれ固着されるととも
   に、先端部をハンドホルダーを介して前記ハンドに固着
   されたばね材からなる帯状の左右の弾性アームと、
   （ｖ）前記内，外の回転軸および各回転アームを、該回
   転軸の回りに同方向および反対方向の任意の角度に、い
   ずれも同期させてそれぞれ独立に同速度で回動させる駆
   動部とを備え、（ｖｉ）該駆動部による内，外の回転軸
   および一対の各回転アームの反対方向の回動により前記
   ハンドを、前記左右の弾性アームの弾性変形を介して前
   記回転軸との間を前後に直線移動させ、前記内，外の回
   転軸および一対の各回転アームの同方向の回動により前
   記ハンドを、前記回転軸の回りに回動させる構成にした
   ことを特徴とするワーク搬送用のロボット。
2. 【請求項２】 一定位置に設置され、該位置より構成部
   材の運動によりハンドを移動させてワークを搬送するワ
   ーク搬送用のロボットにおいて、（ｉ）ワークが載置さ
   れる平板状のハンドと、（ｉｉ）一定位置に設置された
   円筒状の内側回転軸および該内側回転軸の外周部に内側
   回転軸と同軸に配置された円筒状の外側回転軸と、（ｉ
   ｉｉ）該内側および外側の各回転軸の上端部に、１８０
   °反対方向に突設された一対の各回転アームと、（ｉ
   ｖ）左右ほぼ対称に相対させて配置され、基端部を前記
   一対の各回転アームの端部にそれぞれ固着されるととも
   に、先端部をハンドホルダーを介して前記ハンドに固着
   されたばね材からなる帯状の左右の弾性アームと、
   （ｖ）前記内，外の回転軸および各回転アームを、該回
   転軸の回りに同方向および反対方向の任意の角度に、い
   ずれも同期させてそれぞれ独立に同速度で回動させる駆
   動部と、（ｖｉ）前記回転軸の軸線に対して前記ハンド
   に設定されたＸＹ平面上の基準位置よりずれた位置を、
   経時的に検出する位置検出手段と、（ｖｉｉ）該位置検
   出手段により検出された位置データを演算して前記ハン
   ドおよび各弾性アームの振動状態を推定し、対応する振
   動の制御データを出力する制御系と、（ｖｉｉｉ）該制
   御系からの制御データに基づいて前記駆動部の駆動デー
   タを設定し、該駆動データを前記駆動部に出力する駆動
   系とを備え、（ｉｘ）前記駆動部による内，外の回転軸
   および一対の各回転アームの反対方向の回動により前記
   ハンドを、前記左右の弾性アームの弾性変形を介して前
   記回転軸との間を前後に直線移動させ、前記内，外の回
   転軸および一対の各回転アームの同方向の回動により前
   記ハンドを、前記回転軸の回りに回動させる構成にした
   ことを特徴とするワーク搬送用のロボット。
3. 【請求項３】 前記一対の各回転アームが、ほぼＬ形に
   形成され、その一部に他の部分より弾性変形を容易にさ
   せる切欠きを形成するとともに、各回転アームと該回転
   アームが固着される回転軸との間に、前記各弾性アーム
   の振動を低減する方向に励振可能な積層形圧電素子を設
   けてなる請求項１または２記載のワーク搬送用のロボッ
   ト。
4. 【請求項４】 前記左右の弾性アームが、基端部を前記
   弾性アームの基端部に隣接させて前記各回転アームに固
   着するとともに、先端部を前記ハンドホルダーを介して
   ハンドに前記弾性アームの先端部と位置をずらせて固着
   した、ばね材からなる左右の補助弾性アームを併設した
   構成からなる請求項１または２記載のワーク搬送用のロ
   ボット。
5. 【請求項５】 前記左右の弾性アームが、所定のピッチ
   で鉛直方向に配置された複数の短冊状の板と、該短冊状
   の板と板との間の上下に互いにクロスさせて配設した帯
   状のばね板とを、互いに固着してなる構成の請求項１ま
   たは２記載のワーク搬送用のロボット。
6. 【請求項６】 前記左右の弾性アームが、相対する面の
   各片面に、所定のピッチで、ほぼ鉛直方向に所定の深さ
   の溝を形成した構成からなる請求項１または２記載のワ
   ーク搬送用のロボット。
7. 【請求項７】 前記左右の弾性アームが、相対する面
   を、下辺に比べて各上辺を開いて傾斜させた構成からな
   る請求項１または２記載のワーク搬送用のロボット。
8. 【請求項８】 前記左右の弾性アームが、相対する面の
   板幅または／および板厚を、基端部から先端部までの曲
   げ応力が平均化するように減少させた構成からなる請求
   項１または２記載のワーク搬送用のロボット。
9. 【請求項９】 前記左右の弾性アームが、相対する面の
   各片面に、所定のピッチで、鉛直方向に対して所定の角
   度に傾斜させた所定の厚さのリブを形成した構成からな
   る請求項１，２，４，５，６，７または８記載のワーク
   搬送用のロボット。
10. 【請求項１０】 前記左右の弾性アームが、ばね材から
    なる鋼線により形成されてなる請求項１または２記載の
    ワーク搬送用のロボット。
11. 【請求項１１】 前記左右の弾性アームが、予め、前記
    各回転アームを回動して前記ハンドの位置が、該ハンド
    と回転軸との間を直線移動するストロークのほぼ１／２
    にて形成される形状に成形されてなる請求項１，２，
    ４，５，６，７，８，９または１０記載のワーク搬送用
    のロボット。
12. 【請求項１２】 前記左右の弾性アームが、その表面を
    腐食防止用の表面処理を施してなる請求項１，２，４，
    ５，６，７，８，９，１０または１１記載のワーク搬送
    用のロボット。
13. 【請求項１３】 前記一対の各回転アームが、２枚の圧
    電薄板を重ね合わせて形成した圧電素子板を水平状態に
    備えてなる請求項１または２記載のワーク搬送用のロボ
    ット。
14. 【請求項１４】 前記ハンドが、磁性体で形成されると
    ともに、該ハンドの上下面が、前記左右の弾性アームが
    最も伸長した状態の位置にて、極性の異なる一対の磁石
    により間隙を有して挾まれた構成である請求項１または
    ２記載のワーク搬送用のロボット。
15. 【請求項１５】 前記制御系が、前記各回転軸に設けた
    ひずみゲージを介して検出された各回転軸のトルクを演
    算して前記ハンドおよび各弾性アームの振動状態を推定
    し、対応する振動の制御データを、前記各弾性アームの
    基端側側面に間隙を有して相対させた電磁石の磁力制御
    用として出力する構成からなる請求項２記載のワーク搬
    送用のロボット。