TWI433765B - Industrial robotic arm and collection processing device - Google Patents

Description

產業用機械手臂及集合處理裝置

本發明係關於產業用機械手臂及集合處理裝置，更詳細而言，本發明係關於例如可縮短半導體製造裝置等集合處理裝置內的工件搬送時間等之產業用機械手臂及具有該產業用機械手臂之集合處理裝置。

在半導體元件之製造系統中，使用的是在用以製造半導體元件之系統中組裝有工件搬送機械手臂之系統。上述製造系統具有在減壓環境下進行處理之複數個處理室。又，設置於傳送室(transfer chamber)內之工件搬送機械手臂相對於複數個處理室中之特定之處理室，進行半導體晶圓之放入取出(以下亦稱為搬入/搬出)動作。此時，若在每次於各處理室中搬入/搬出半導體晶圓時使處理室內恢復至常壓，則在再次對處理室內減壓直至開始處理為止需要較多時間，從而導致產量下降，因此，近年來之製造系統一般採用將包含於各處理室中搬入/搬出半導體晶圓之工件搬送機械手臂在內的傳送室空間作為預備減壓室(加載互鎖真空室)。利用上述製造系統，無需使處理室內恢復至常壓即可搬入/搬出半導體晶圓，因而可謀求提高產量，從而提高搬送效率。

作為上述製造系統中所使用之工件搬送機械手臂，提出了以提高搬送效率及縮短動作時間為目的之各種搬送機械手臂。

例如，對專利文獻1之圖16，使用圖中之符號進行說明，提出一種搬運用機械手臂A₂ ，其中，成對之2個輪轂構件50a、50b彼此朝相反方向旋轉，由此，一方之機械手臂連桿機構B₂ 進行突出動作，他方之機械手臂連桿機構B₁ 進行縮回動作。該搬運用機械手臂A₂ 在一方之機械手臂連桿機構B₂ 之突出動作之作用下，搬送台8a、8b從傳送室經過門6而進入處理室內，從而將載置於搬送台8a、8b上之工件遞交給處理室，或者從處理室內收取工件。又，藉由縮回動作，搬送台8a、8b從處理室返回至傳送室側。

然而，由於上述搬運用機械手臂A₂ 藉由連桿機構而構成，故2個搬送台8a、8b無法分別進行獨立動作。進而，由於輪轂構件50a、50b位於上下方，2個搬送台8a、8b亦上下配置著，故當利用一方之搬送台8a將處理室內之工件搬出後再利用他方之搬送台8b搬入其他工件時，必須使搬運用機械手臂A₂ 在上下方向移動，以使搬送台8b之上下方向之座標位置與處理室之座標位置一致。

又，例如對專利文獻1之圖3，使用圖中之符號進行說明，提出一種蛙腿式雙臂型搬運用機械手臂A₁ ，其相對於旋轉中心分別可旋轉地設置有相同長度之2個臂7a、7b。於該機械手臂A₁ 中，相同形狀之2個搬送台8a、8b位於旋轉中心之兩側，相同長度之2個連桿9a、9b之一端連結於上述各搬送台8a、8b之基部。該2個連桿9a、9b之一端經由蛙腿式搬送台姿勢限制機構而連結於搬送台8a、8b，2個連桿9a、9b相對於各搬送台8a、8b朝完全對稱之方向旋 轉。並且，連結於各搬送台8a、8b之2個連桿中之一方之連桿與一方之臂7a連結著，他方之連桿與他方之臂7b連結著。

該搬運用機械手臂A₁ 所具有之各搬送台8a、8b的上下方向之座標位置相同，因此，當利用一方之搬送台8a將處理室內之工件搬出後再利用他方之搬送台8b搬入其他工件時，不必使搬運用機械手臂A₁ 在上下方向移動。然而，由於使各搬送台8a、8b動作之臂7a、7b以連桿9a、9b連結著，故形成無法使各臂獨立動作之構造。

又，例如，對專利文獻2之圖2及圖4A，使用圖中之符號進行說明，提出一種基板移送裝置12，其具有：可動臂組件18;2個基板固持器22、23；以及同軸驅動軸組件20。該基板移送裝置12之構成為，可動臂組件18具有大致X字形之同軸驅動軸組件20，又，基板固持器22、23連接於X字形構件28之不同對的臂部30、31、32、33，且同軸驅動軸組件20在伸長位置與收縮位置之間反轉並一起運動，從而使基板固持器22、23之臂部30、31、32、33移動。

然而，該基板移送裝置12與上述專利文獻1之圖16中記載之搬運用機械手臂A₂ 相同，藉由連桿機構而構成，因而2個基板固持器22、23無法分別進行獨立動作。進而，由於基板固持器22、23上下配置著，故例如當利用一方之基板固持器23將處理室內之工件搬出後再利用他方之基板固持器22搬入其他工件時，必須使同軸驅動軸組件20全體在上下方向移動，以使基板固持器22、23之上下方向之座標 位置與處理室之座標位置一致。

[專利文獻1]日本專利特開平11-207666號公報

[專利文獻2]日本專利特表平11-514303號公報

上述專利文獻1、2中記載之機械手臂藉由驅動雙臂而設法提高產量，但其驅動均係利用連桿機構，在以一方之臂搬入/搬出工件期間，他方之臂在後方成為等待狀態，因此從縮短搬送時間之觀點而言不充分。

又，於上述專利文獻1、2中，記載有載置工件之搬送台(手構件)之座標位置在上下方向上錯開之情況，由此，如上所述，當利用一方之搬送台將處理室內之工件搬出後再利用他方之搬送台搬入其他工件時，必須添加以下動作，即，使搬送台之驅動軸等在上下方向大幅度移動，以使搬送台之上下方向之座標位置與處理室之座標位置一致，因此動作機構煩雜，從縮短搬送時間之觀點而言不充分。

本發明係為了解決上述問題而完成者，其目的在於提供一種產業用機械手臂，其係使各臂獨立動作，並且使各臂之上下方向之座標位置相同，從而可縮短工件搬送時間等。本發明之另一目的在於提供具有此種產業用機械手臂之集合處理裝置。

為了解決上述問題，本發明之產業用機械手臂之特徵在於：包括2個以上之臂，其係從基台部側起依臂部及手部 之順序連結，且使該手部一面朝向特定方向一面伸縮自如地動作，上述臂分別包括：臂伸縮用驅動源，其係以臂伸縮軸為旋動中心而使上述臂伸縮；臂旋轉用驅動源，其係以臂旋轉軸為旋動中心而使上述臂旋轉；及連結構件，其係使上述手部之上下方向之座標位置大致相同。

根據本發明，臂分別包括使臂以臂伸縮軸為旋動中心而伸縮之臂伸縮用驅動源、以及使臂以臂旋轉軸為旋動中心而旋轉之臂旋轉用驅動源，因此各個臂可獨立地進行各自之伸縮及旋轉。又，根據本發明，具備使手部之上下方向之座標位置大致相同之連結構件，因此，各個臂例如可在不使驅動軸等大幅度上下移動之情況下，進行處理室內之工件的搬出及搬入。因此，根據本發明，可縮短工件之搬送時間及週期時間等，從而可提高作業效率。

本發明之產業用機械手臂之較佳態樣，係構成為使上述臂中之1個臂動作之臂伸縮軸係實心軸，其以外的軸即上述臂旋轉軸及其他臂的臂伸縮軸係以與上述實心軸同心之方式設置之中空軸。

根據本發明，臂伸縮軸與臂旋轉軸構成為同心，因此形成具有1個同心軸之緊湊構造，從而可提高例如在減壓環境下設置時的密封性。

本發明之產業用機械手臂之較佳態樣，係構成為包括傳遞機構，其係將上述臂伸縮用驅動源之驅動力傳遞給上述臂旋轉軸。作為較佳態樣，上述傳遞機構包括：A帶輪，其係上述臂伸縮用驅動源所具有；B帶輪，其係上述臂旋 轉用驅動源所具有；連結帶，其係架設在該A帶輪與B帶輪之間；C帶輪，其係設置成與上述B帶輪同軸旋轉；D帶輪，其係設置於上述臂旋轉軸上；及傳動帶，其係設置於該C帶輪與D帶輪之間。

根據本發明，具有將臂伸縮用驅動源之驅動力傳遞給臂旋轉軸之傳遞機構，因此可在不使臂旋轉用驅動源動作之情況下進行臂之伸縮動作。其結果為，利用臂伸縮用驅動源來控制臂伸縮軸之旋轉，藉此可控制臂之伸縮動作。

本發明之產業用機械手臂之較佳態樣，係構成為上述臂部與上述手部從基台部側起依第1臂構件、第2臂構件及手構件之順序連結；上述第1臂構件具有：第1帶輪，其係位於上述基台部側且與上述臂伸縮軸連結；第2帶輪，其係位於上述第2臂構件側且與該第2臂構件連結；及第1帶，其係架設在該第1帶輪與第2帶輪之間；上述第2臂構件具有：第3帶輪，其係以與上述第2帶輪同心之方式設置；第4帶輪，其係位於上述手構件側且與該手構件連結；及第2帶，其係架設在該第3帶輪與第4帶輪之間。

根據本發明，使臂伸縮軸旋轉，藉此可使手部一面朝向特定方向一面伸縮自如地動作，從而藉由使臂旋轉軸旋轉而可使臂朝向特定方向旋轉。

用以解決上述問題之本發明之集合處理裝置的特徵在於包括：上述本發明之產業用機械手臂；傳送室，其係設置有該產業用機械手臂；及複數個處理室，其係配置於該傳送室之周圍，利用上述產業用機械手臂所具有之2個以上 之臂來進行工件搬入搬出。再者，所謂「集合」，係表示處理裝置多、且將上述處理裝置作為處理室而配置於傳送室周圍之狀態。

根據本發明，其構成為產業用機械手臂所具有之2個以上之臂分別具有臂伸縮用驅動源及臂旋轉用驅動源而獨立動作，並且載置於各臂所具有之手部上之工件高度大致相同，因此可縮短相對於配置在傳送室周圍之處理室的工件搬入、搬出等時間。

根據本發明之產業用機械手臂，由於各個臂可獨自進行其伸縮及旋轉，並且例如可不使驅動軸等大幅度上下移動而進行處理室內之工件搬出及搬入，因此可縮短工件之搬送時間或週期時間等，可提高作業效率。再者，根據本發明之產業用機械手臂，可使臂旋轉軸及臂伸縮軸分別個別旋轉而進行各個臂之旋轉及伸縮，故控制之軸數減少，成為具有成本優勢之裝置構造。

此外，根據本發明之集合處理裝置，可縮短相對於配置在傳送室周圍之處理室的工件搬入、搬出等時間。

以下，根據圖式來說明用以實施本發明之最佳形態。再者，本發明之產業用機械手臂及集合處理裝置在具有其技術特徵之範圍內，並非限定於以下的說明及圖式。

圖1係表示本發明的產業用機械手臂之一例之透視立面圖。如圖1所示，本發明之產業用機械手臂(以下稱為"機 械手臂1")係具有2個以上之臂10的產業用機械手臂，該臂10從基台部100側起依次連結臂部11及手部12，使其手部12朝向特定方向之情況下自由伸縮地進行動作。

圖1中例示有具有2個臂10A、10B之機械手臂1，臂10A、10B分別包括：使臂10A、10B以臂伸縮軸2A、2B為旋動中心而伸縮之臂伸縮用驅動源4A、4B；使臂10A、10B以臂旋轉軸3A、3B為旋動中心而旋轉之臂旋轉用驅動源5A、5B；以及使手部12之上下方向之座標位置P1、P2大致相同之連結構件。並且該機械手臂1之構成為，使2個臂10A、10B中之1個臂10A動作的臂伸縮軸2A係實心軸，除此之此外的軸即臂旋轉軸3A、3B及其他臂10B之臂伸縮軸2B係與上述實心軸同心設置之中空軸。

再者，於本申請案之說明及圖中之符號中，數字符號之後續符號「A」「B」表示與上述2個臂10A、10B對應之構成要素。對於本發明之各組成要素，在與各個臂10A、10B對應地進行說明時，於數字後添加「A」「B」，但在與各個臂10A、10B不對應地進行說明時，於數字後不添加「A」「B」。以下，以各構成要素為單位，對本發明之產業用機械手臂1進行詳細說明。

(臂)

首先，對臂10(10A、10B)進行說明。圖2(A)係表示構成圖1所示之2個臂中之1個臂的第1臂構件之內部構造之透視平面圖，圖2(B)係其B-B剖面圖，圖3(A)係表示構成圖1所示之2個臂中之1個臂的第2臂構件之內部構造之透視平面 圖，圖3(B)係其C-C剖面圖。本發明之機械手臂1具有2個以上之臂10。各個臂10從基台部100側起依次連結臂部11及手部12，使手部12朝向特定方向之情況下自由伸縮地進行動作。臂部11與手部12從基台部100側起依次連結第1臂構件20、第2臂構件30及手構件40而構成。

構成臂部11之第1臂構件20具有：位於基台部100側且連結於臂伸縮軸2之第1帶輪21、位於第2臂構件30側且連結於第2臂構件30之第2帶輪22、以及架設在第1帶輪21與第2帶輪22之間的第1帶23。又，構成臂部11之第2臂構件30具有：與第2帶輪22同心設置之第3帶輪31、位於手構件40側且連結於手構件40之第4帶輪32、以及架設在第3帶輪31與第4帶輪32之間的第2帶33。又，構成手部12之手構件40在圖1中以俯視圖顯示，其係具有用於搭載並搬送晶圓等工件之搭載部41的構件。由於臂部11及手部12之上述構成，故2個臂10A、10B分別具有臂伸縮用驅動源4A、4B及臂旋轉用驅動源5A、5B，從而可獨立動作，因此如下所述，可縮短相對於配置在傳送室周圍之處理室的工件之搬入/搬出等之時間。

在圖1所示之例中，各個臂10A、10B設置成，例如一方之臂10A所具有之第1臂構件20A重疊在他方之臂10B所具有之第1臂構件20B上。並且，在第1臂構件20A、20B上分別連結有第2臂構件30A、30B及手構件40A、40B，從而構成臂10A、10B。

圖7係使手部之上下方向之座標位置相同之連結構件之 透視立面圖，如圖所示，構成臂10B之第1臂構件20B及第2臂構件30B藉由連結構件28連結著。該連結構件28調整於上下方向延伸之連結構件28之高度h，以使2個臂10A、10B所具有之手部12A、12B之上下方向之座標位置P_A 、P_B 大致相同。如圖1等所示，於該連結構件28之作用下，即使第1臂構件20B配置於第1臂構件20A之下方，亦可使手部12A、12B之上下方向之座標位置P_A 、P_B 相同。由此，例如可在不使各個臂10A、10B之驅動軸進行大幅度上下移動之情況下進行處理室內之工件之搬出及搬入，因而可縮短工件之搬送時間及週期時間等，從而極大地提高作業效率。

以下詳細說明各臂10A、10B，但本發明並非限定於以下內容。

在第1臂構件20及第2臂構件30中，帶之材質並未特別限定，可為鋼帶，亦可為氯丁二烯橡膠帶、丁腈橡膠帶、聚氨酯橡膠帶等橡膠帶，還可為鋼帶與橡膠帶組合而成之複合帶。本發明之機械手臂1在減壓環境中使用時，氣體及粉塵之產生量較少的帶較為適用，例如可舉出氟橡膠帶等。又，關於帶形狀，可為平帶、齒帶，亦可為平帶與齒帶組合而成之複合帶。各帶輪之形狀根據所使用之帶之種類而選擇，對於平帶，使用平帶輪，對於齒帶，使用齒帶輪。

如圖2所示，為了使架設在第1帶輪21及第2帶輪22之間的第1帶23具有適當之張力，亦可設置從背面推壓第1帶23 之惰輪26。惰輪26係由可微調整之機構而設置，利用該惰輪26可調整第1帶23之張力，並且可進一步增大第1帶輪21與第1帶23之間的接觸角度。

再者，圖3所示之第2帶33係齒帶36(正時皮帶)與鋼製平帶37組合而成之複合帶，2個帶以連結部43連結著。較好的是，連結部43之一方或雙方具有可調整張力之機構。再者，本申請案中省略了對連結部及複合帶之詳細說明，但安裝於複合帶上之連結部僅可旋動到與兩側之帶輪並未接觸之位置為止。

又。於第1臂構件20及第2臂構件30之內部，亦可設置有如圖2及圖3所示之肋25、35。肋25、35具有提高各臂之剛性而抑制變形之作用，故可使臂之厚壁變為薄壁以實現輕量化，從而有利。再者，較好的是，在肋25、35上形成貫通第1臂構件20之基端部之沖孔29、39。該沖孔29、39構成為用以將第1臂構件20內之空氣與第2臂構件30內之空氣從第1臂構件20之基端部向外部排出之通路，當機械手臂1暴露於減壓環境中時，第2臂構件30內之空氣經過沖孔39而從第2臂構件30之基端部進入到第1臂構件20內，再經過第1臂構件20內之沖孔29而從第1臂構件20之基端部容易向外部排出。再者，第1臂構件20之基端部係指基台部100側，本申請案中，其係使臂10驅動之基台部之軸上之部位。於該基端部上，設有使臂10內之空氣釋放到外部之開口部，於該開口部上安裝有過濾器19，以使臂內所產生之粉塵等不會逃脫到減壓環境中。

對於各帶輪之半徑之比，第1帶輪21之半徑R1與第2帶輪之半徑R2之關係為R1:R2=2:1，第3帶輪31之半徑R3與第4帶輪之半徑R4之關係為R3:R4=1:2。因此，第1帶輪21、第2帶輪22(第3帶輪31)及第4帶輪32之旋轉角之比為1:2:1，故第1帶輪21、第2帶輪22(第3帶輪31)及第4帶輪32之旋轉角度之比為1:2:1。其結果如下述圖8所示，當使第1帶輪21旋動而從圖8(A)之狀態變化到圖8(B)及圖8(C)之狀態時，第1臂構件20與第2臂構件30之間的角度產生變化，但手構件40在連結第1臂構件20之第1帶輪21之中心點P與第2臂構件30之第4帶輪32之中心點R的直線(假想線X)上，以朝向固定之情況下伸縮而移動。

於本發明中，利用臂伸縮用驅動源4使臂伸縮軸2旋轉，從而在使手部40朝向特定方向之狀態下，由第1臂構件20、第2臂構件30及手部40所構成之臂10進行伸縮動作。另一方面，利用臂旋轉用驅動源5使臂旋轉軸3旋轉，使第1臂構件20旋轉，從而臂10全體進行旋轉動作。再者，以下對上述伸縮動作及旋轉動作進行詳細說明。

(基台部)

其次，對基台部100進行說明。圖4係圖1所示之基台部100之透視剖面之放大圖。如圖4所示，基台部100包括：使臂10A進行伸縮動作之臂伸縮軸2A、使臂10A進行旋轉動作之臂旋轉軸3A、使臂10B進行伸縮動作之臂伸縮軸2B、以及使臂10B進行旋轉動作之臂旋轉軸3B。並且，各臂10A、10B在圖1及圖5所示之臂伸縮用驅動源4A、4B之 作用下，以臂伸縮軸2A、2B為旋動中心而進行伸縮動作，又，在臂旋轉用驅動源5A、5B之作用下，以臂旋轉軸3A、3B為旋動中心而進行旋轉動作。本發明中，由於臂之伸縮及旋轉分別具有軸及驅動源，故具有可使各臂獨立地進行旋轉及伸縮之效果。

各軸2A、3A、2B、3B之構成較好的是，使臂中之1個臂動作的臂伸縮軸為實心軸，使除此之外的軸即臂旋轉軸及其他臂之臂伸縮軸為與上述實心軸同心設置之中空軸。例如，如圖4所示，使臂伸縮軸2A為最靠近中心側之實心軸，三個中空軸以相同之軸心依次配置著，以使實心軸位於其內部。具體而言，從中心側起，依次配置有由實心軸構成之臂伸縮軸2A、由中空軸構成之臂旋轉軸3A、由中空軸構成之臂伸縮軸2B、以及由中空軸構成之臂旋轉軸3B。藉由上述構成，可使臂之驅動部分之構造成為軸心相同之緊湊構造，並且如圖4所示，容易形成在各軸2A、3A、2B、3B之間應用有磁封7及軸承6等之密封構造，因而可提高於減壓環境下設置時之密封性。

又，本實施形態中，於各軸2A、3A、2B、3B之間，在軸端部側配置有複數個軸承6，該等軸承6儘可能空開間隔，從而可穩定地支持。進而，於軸承6之間配置有磁封7，但磁封7之位置在外部側(圖1及圖4之例中，在軸承之間的下側)。其理由為，帶上有初期張力之作用，為了於磁封7位置抑制其徑向力引起之軸變形，在磁封7之上部配置2個軸承6。

於各軸2A、3A、2B、3B上分別設有帶輪，例如，於臂伸縮軸2A上設有帶輪54A，於臂旋轉軸3A上設有帶輪64A，於臂伸縮軸2B上設有帶輪54B，於臂旋轉軸3B上設有帶輪64B。如圖所示，該等帶輪較好的是具有相同半徑，但亦可具有不同半徑。

圖5係表示圖1所示之臂伸縮用驅動源及臂旋轉用驅動源之構成之剖面圖。臂伸縮軸2A在來自臂伸縮用驅動源4A之驅動力的作用下旋動。如圖4及圖5所示，來自臂伸縮用驅動源4A之驅動力藉由傳遞機構而傳遞給臂伸縮軸2A，上述傳遞機構係由設置於臂伸縮用驅動源4A上之帶輪52A、設置於臂伸縮軸2A上之帶輪54A、以及架設於該等帶輪52A、54A之間的帶53A所構成。所傳遞之驅動力使臂伸縮軸2A旋轉，從而使設置於該臂伸縮軸2A上端之帶輪21A旋轉。如上述臂說明部分中所說明，該帶輪21A之旋轉使得由第1臂構件20、第2臂構件30及手部40所構成之臂10進行伸縮動作。再者，上述伸縮動作對於他方之臂10B而言，除了臂伸縮軸2B為中空軸之外，其他相同。

臂旋轉軸3A在來自臂旋轉用驅動源5A之驅動力的作用下旋動。如圖4及圖5所示，來自臂旋轉用驅動源5A之驅動力藉由傳遞機構而傳遞給臂旋轉軸3A，上述傳遞機構係由設置於臂旋轉用驅動源5A上之帶輪62A、設置於臂旋轉軸3A上之帶輪64A、以及架設於該等帶輪62A、64A之間的帶63A所構成。所傳遞之驅動力使臂旋轉軸3A旋轉，從而使設置於該臂旋轉軸3A上端之第1臂構件20A旋轉。該第1臂 構件20A之旋轉使得臂10A全體旋轉。

如此，臂10藉由使臂伸縮軸2旋動而使臂伸縮，並且藉由使臂旋轉軸3旋動而使臂全體旋轉，但若不旋動臂旋轉軸3而僅使臂伸縮軸2旋動，則僅第1臂構件20之帶輪21旋轉，從而無法如圖8所示在使手構件40之朝向固定之情況下進行伸縮。因此，為了進行圖8所示之動作，在使臂伸縮軸2旋動之同時亦使臂旋轉軸3旋動，從而在使手構件40之朝向固定之情況下伸縮。

本發明之機械手臂1之特徵還在於，以圖5所示之機械方式實現上述控制。即，如圖5所示，本發明之較佳態樣之構成為，具備將臂伸縮用驅動源4A之驅動力傳遞給臂旋轉軸3A之傳遞機構。更詳細而言，如圖4及圖5所示，傳遞機構係由以下部分構成：臂伸縮用驅動源4A所具有之帶輪52A'(亦稱為A帶輪)；臂旋轉用驅動源5A所具有之帶輪62A'(亦稱為B帶輪)；架設於帶輪52A'(A帶輪)與帶輪62A'(B帶輪)之間的連結帶53A'；與帶輪62A'(B帶輪)相鄰設置之帶輪62A(亦稱為C帶輪)；設置於臂旋轉軸3A上之帶輪64A(亦稱為D帶輪)、以及設置於帶輪62A(C帶輪)與帶輪64A(D帶輪)之間的傳動帶63A。

由於本發明之機械手臂1具有上述傳遞機構，故可將臂伸縮用驅動源4A之驅動力傳遞給臂旋轉軸3A，從而可在不使臂旋轉用驅動源5A動作之情況下進行臂10之伸縮動作。其結果為，利用臂伸縮用驅動源4A控制臂伸縮軸2A之旋轉，藉此亦可同時進行臂旋轉軸3之旋轉控制，從而 可在使手部朝向特定方向之情況下控制臂之伸縮動作。

於上述傳遞機構中，如圖5所示，設置於臂伸縮用驅動源4A上之帶輪52A及帶輪52A'(A帶輪)以相同直徑上下配置著。又，如圖5所示，設置於臂旋轉用驅動源5A上之帶輪62A及帶輪62A'(B帶輪)亦以相同直徑上下配置著，但設置成位於較上述帶輪52A之更上方。再者，帶輪52A、62A之上下方向之座標位置與設置於臂伸縮軸2A及臂旋轉軸3A上之帶輪54A、64A的上下方向之座標位置對應著。

於上述傳遞機構中，臂伸縮用驅動源4A之驅動力依次傳遞給上側之帶輪52A、帶53A、臂伸縮軸2A下端之帶輪54A、臂伸縮軸2A、及臂伸縮軸2A上端之帶輪21A，從而使臂部11伸縮。同時，臂伸縮用驅動源4A之驅動力依次傳遞給下側之帶輪52A'、帶53A'、臂旋轉用驅動源5A下端之帶輪62A'、帶輪62A、帶63A、臂旋轉軸3A之帶輪64A、臂旋轉軸3A、及臂旋轉軸3A上端之第1臂構件20A，從而使第1臂構件20(臂部20A)旋轉。因此，根據上述傳遞機構，可利用臂伸縮用驅動源4A來控制臂伸縮軸2A之旋轉，從而可一方面維持手部12A朝向特定方向之狀態，一方面進行臂10A之伸縮動作。

另一方面，若使臂旋轉用驅動源5驅動，則可在不進行臂之伸縮動作之情況下使臂旋轉，又，若使臂伸縮用驅動源4及臂旋轉用驅動源5同時驅動，則可使臂在伸縮的情況下旋轉。

上述驅動對於臂伸縮用驅動源4B及臂旋轉用驅動源5B 而言亦相同，可與上述同樣地對臂伸縮軸2B及臂旋轉軸3B供給驅動力，以使臂10B進行伸縮及旋轉。再者，作為臂伸縮用驅動源4及臂旋轉用驅動源5，使用伺服馬達，並於其驅動軸上，設置有由聯軸器及軸承構成之接頭構造體，又，根據需要而設有減速機。減速機可直接連結於驅動軸，亦可利用齒輪及帶而連結。

又，設置於臂旋轉用驅動源5上之帶輪62、62'配置成上下重疊，但亦可構成為，使臂旋轉用驅動源5之驅動力直接傳遞給用以將驅動力傳遞給臂旋轉軸3之帶輪62。另一方面，用以承受來自臂伸縮軸3之驅動力的帶輪62'並不會因臂旋轉用驅動源5之驅動力而旋轉，但該帶輪62'之構成為，在藉由來自臂伸縮用驅動源4A之驅動力而旋轉時，會使帶輪62旋轉。上述帶輪62'具有所謂之交叉滾子軸承，具體而言，如圖5所示，成為由交叉滾子軸承8及軸承9承受徑向推力負載之構造。再者，設置於臂伸縮用驅動源4上之帶輪52、52'亦配置成上下重疊，但該等帶輪52、52'以一體旋轉之方式構成。

圖6(A)、圖6(B)係表示圖1所示之臂伸縮用驅動源及臂旋轉用驅動源之配置形態之透視平面圖。此處，圖6(A)係表示以下各部分之位置關係之透視平面圖，即，軸部14所具有之帶輪54A、64A、54B、64B；配置於軸部14周圍之各驅動源4A、5A、4B、5B所具有之帶輪52A、52A'、62A、62A'、52B、52B'、62B、62B'；以及架設於各帶輪之間的帶53A、53A'、63A、53B、53B'、63B，圖6(B)係 表示臂伸縮用驅動源4及臂旋轉用驅動源5之位置關係之透視平面圖。

如圖6所示，臂伸縮用驅動源4及臂旋轉用驅動源5配置在由臂伸縮軸2及臂旋轉軸3構成之軸部14之周圍。具體而言，用於臂10A之伸縮及旋轉的臂伸縮用驅動源4A及臂旋轉用驅動源5A成對地相鄰配置著，於其對稱位置上，用於臂10B之伸縮及旋轉的臂伸縮用驅動源4B及臂旋轉用驅動源5B成對地相鄰配置著。本發明之機械手臂1可形成在1個軸部14之周圍配置4個驅動源之緊湊構造。

此處，利用圖4來說明圖6(B)所示之符號80~85。圖4中顯示出用以使軸部14在上下方向移動之機構。軸部14之上下移動例如係在將工件載置於處理室內之工件載置台上或者將工件從工件載置台上取出時使手構件40稍許上下移動之動作。特別是本發明之機械手臂1中，利用圖7所示之連結構件28將手構件40A、40B之上下方向之座標位置P_A 、P_B 配置在大致相同之位置，因此其上下移動只要是在工件載置/取出時的稍許移動即可。

圖4所示之上下移動機構係由以下部分構成：用以使軸部14上下移動之驅動源80；借助驅動源80之旋轉而旋轉之滾珠絲杠81；借助滾珠絲杠81之旋轉而上下移動之滾珠絲杠螺母82；連結於滾珠絲杠螺母82並且連結於軸部14之滑動構件84、以及支持滑動構件84之導向構件83。驅動源80根據需要而具有配備減速機之帶輪88，於該帶輪88及與滾珠絲杠81同軸設置之帶輪87之間架設有帶89，將驅動源80 之驅動力傳遞給滾珠絲杠81。再者，驅動力之傳遞亦可利用齒輪連結來進行。又，從上下移動之穩定性角度而言，較好的是在滾珠絲杠81周圍設置複數個滑動構件84，於圖8之例中，形成為4個滑動構件84以滾珠絲杠81為中心而對稱配置之構成。

滾珠絲杠81之旋轉使得滾珠絲杠螺母82上下移動，故若以連結臂85使上述滾珠絲杠82與滑動構件84一體化，則滾珠絲杠81之上下移動會使滑動構件84上下移動，從而使連結於該滑動構件84上部的軸部14上下移動。再者，符號86係支持導向構件83下端之支持構件。根據上述構成之上下移動機構，例如在將工件載置於處理室內之工件載置台上或者將工件從工件載置台上取出時，可使手構件40稍許上下移動。

進而，本實施形態中，於機械手臂1上，設置於臂前端之手構件40A(40B)有時會根據其長度而在重力作用下產生撓曲，為了矯正該撓曲而使軸部14上下移動，以進行高度調整。

(臂之動作)

其次，對臂10之動作進行說明。圖8係臂部之伸縮動作之說明圖。臂10中，第1臂構件20及第2臂構件30具有相同之長度，因此，如圖8(A)所示，在初期狀態下，第1臂構件20及第2臂構件30成為折彎收縮之狀態。此處，「相同長度」係指位於臂兩端之帶輪之中心間的長度(圖8中，P與Q之間隔，Q與R之間隔)相同。再者，於初期狀態下，手構 件40設置成與第2臂構件30大致正交，第1臂構件20及第2臂構件30之大致長度方向之假想線Y與手構件40之長度方向之假想線X正交。

接著，使臂伸縮軸2相對於假想線Y旋轉，直至成角度θ1為止，則第1臂構件20亦以第1帶輪21之中心點P為中心而相對於假想線Y旋轉至成角度θ1。本發明中，由於第1帶輪21與第2帶輪22之半徑比為2:1，故如圖8(B)所示，第2臂構件30以第1臂構件20兩倍之速度向與第1臂構件20之旋轉方向相反之方向旋轉。因此，第1臂構件20與第2臂構件30所成之角度θ2為第1臂構件20之旋轉角度θ1的兩倍。

又，本發明中，由於第3帶輪31與第4帶輪32之半徑比為1:2，故如圖8(C)所示，手構件40以第2臂構件30之1/2倍之速度向與第2臂構件30之旋轉方向相反之方向旋轉。因此，第2臂構件30與手構件40所成之角度θ3為第1臂構件20與第2臂構件30所成之角度θ2的1/2倍。

進而，此後，使臂伸縮軸2逆旋轉，則臂10從圖8(C)之伸長狀態經由圖8(B)之狀態而返回至圖8(A)之狀態。

如上所述，第1臂構件20之旋轉角θ1與手構件40之旋轉角θ3之變化相同，而且第1臂構件20與第2臂構件30之長度相同，故連結第2臂構件30與手構件40之第4帶輪32之中心點R於上述假想線X上以伸縮之方式而變化，手構件40於上述假想線X上不改變長度方向而變化。因此，手構件40借助臂伸縮用驅動源4之旋轉而向固定方向進行伸縮運動地移位。

圖9係表示2個臂之伸縮形態及旋轉形態之例之說明圖。圖9中，圖9(A)係臂10A伸縮到位置S、臂10B伸縮到位置U之態樣，圖9(B)係臂10A伸縮到位置S、臂10B伸縮到位置V之態樣，圖9(C)係臂10A伸縮到位置T、臂10B伸縮到位置V之態樣，圖9(D)係臂10A伸縮到位置T、臂10B伸縮到位置U之態樣。如圖9所示，本發明之機械手臂1可使2個臂10A、10B分別獨立地伸縮、旋轉。

再者，對於各臂10A、10B之旋轉而言，例如當臂旋轉驅動源使用步進馬達時，藉由對從初期位置起的轉速進行控制而可控制旋轉位置。另一方面，例如當臂旋轉驅動源使用伺服馬達時，亦可利用對各臂等之旋轉位置進行檢測之傳感器及旋轉編碼器等來檢測旋轉位置，以進行控制。

(於半導體製造製程中之應用例)

圖10係表示將本發明之產業用機械手臂1應用於半導體製造製程中之一例之概略俯視圖，圖11係圖10之概略側視圖。圖10所示之裝置係半導體製造製程中之集合處理裝置150，此例之裝置150包括：上述本發明之機械手臂1；設置有該機械手臂1之傳送室209；以及複數個處理室210、220、230、240，其等配置於傳送室209之周圍，利用機械手臂1所具有之2個以上之臂10A、10B進行工件之搬入搬出。再者，設置於裝置中央之傳送室209可減壓。

例如圖10之例中，於該傳送室209之周圍，配置有在其周方向上分成6個的處理室。其中，符號210、220、230、240該4個室係處理室，符號203、203該2個室係用於從上 述集合處理裝置150外進行晶圓交接之收容室。又，符號201係從集合處理裝置外進行晶圓304之交接的機械手臂。於上述集合處理裝置150中，在各室之進口處設有閘閥202、204、205，藉由該閘閥202、204、205之開閉而出入處理室。

再者，本發明之機械手臂1以外之構成並非限定於圖示之例，可採用各種構成。又，設置於搬送機械手臂室200內之搬送機械手臂201係在收納有晶圓304之晶圓搭載架301、302、303(以下，以符號300表示)與收容室203之間動作，但該搬送機械手臂201亦並非限定於圖示之例，而是可採用各種構成。

本發明之機械手臂1配置於上述集合處理裝置150內，但由於本發明之機械手臂1之構成為，其配備之2個以上之臂分別具有臂伸縮用驅動源及臂旋轉用驅動源而獨立動作，載置於各個臂所具有之手部上之工件的高度大致相同，故可縮短相對於配置在傳送室209周圍之處理室210、220、230、240的工件之搬入、搬出等之時間。

以上，對本發明之產業用機械手臂進行了說明，但上述本實施形態僅為本發明之一較佳實施例，並非限定於此，在不脫離本發明主旨之範圍內可實施各種變形。

1‧‧‧機械手臂

2，2A，2B‧‧‧臂伸縮軸

3，3A，3B‧‧‧臂旋轉軸

4，4A，4B‧‧‧臂伸縮用驅動源

5，5A，5B‧‧‧臂旋轉用驅動源

6‧‧‧軸承

7‧‧‧磁封

10，10A，10B‧‧‧臂

11，11A，11B‧‧‧臂部

12，12A，12B‧‧‧手部

14‧‧‧軸部

20，20A，20B‧‧‧第1臂構件

30，30A，30B‧‧‧第2臂構件

40，40A，40B‧‧‧手構件

41，41A，41B‧‧‧搭載部

42‧‧‧螺釘

43‧‧‧連結部

52A，52A'，52B，52B'，62A，62A'，62B，62B'‧‧‧帶輪

53A'，53B'，63A'，63B'‧‧‧連結帶

54A，54B，64A，64B‧‧‧帶輪

80‧‧‧上下移動之驅動源

81‧‧‧滾珠絲杠

82‧‧‧滾珠絲杠螺母

83‧‧‧導向構件

84‧‧‧滑動構件

85‧‧‧連結臂

86‧‧‧支持構件

87‧‧‧帶輪

88‧‧‧帶輪

89‧‧‧帶

100‧‧‧基台部

150‧‧‧集合處理裝置

200‧‧‧搬送機械手臂室

201‧‧‧搬送機械手臂

202，204，205‧‧‧閘閥

203‧‧‧收容室

209‧‧‧傳送室

210，220，230，240‧‧‧處理室

300，301，302，303‧‧‧晶圓搭載架

304‧‧‧晶圓

P_A ，P_B ‧‧‧上下方向之座標位置

圖1係表示本發明之產業用機械手臂之一例之透視立面圖。

圖2(A)係表示構成圖1所示之2個臂中之1個臂的第1臂構 件之內部構造之透視平面圖，圖2(B)係其B-B剖面圖。

圖3(A)係表示構成圖1所示之2個臂中之1個臂的第2臂構件之內部構造之透視平面圖，圖3(B)係其C-C剖面圖。

圖4係圖1所示之基台部之透視剖面放大圖。

圖5係表示構成圖1所示之臂伸縮用驅動源及臂旋轉用驅動源之剖面圖。

圖6(A)、圖6(B)係表示圖1所示之臂伸縮用驅動源及臂旋轉用驅動源之配置形態之透視平面圖。

圖7係使手部之上下方向之座標位置相同的連結構件之透視立面圖。

圖8(A)～圖8(C)係臂部之伸縮動作之說明圖。

圖9(A)～圖9(D)係表示2個臂之伸縮形態及旋轉形態之例之說明圖。

圖10係表示將本發明之產業用機械手臂1應用於半導體製造製程中之一例之概略俯視圖。

圖11係圖10之概略側視圖。

1‧‧‧機械手臂

2A，2B‧‧‧臂伸縮軸

3A，3B‧‧‧臂旋轉軸

4A，4B‧‧‧臂伸縮用驅動源

5A，5B‧‧‧臂旋轉用驅動源

10，10A，10B‧‧‧臂

11A，11B‧‧‧臂部

12A，12B‧‧‧手部

20A，20B‧‧‧第1臂構件

28‧‧‧連結構件

30A，30B‧‧‧第2臂構件

40A，40B‧‧‧手構件

41A，41B‧‧‧搭載部

100‧‧‧基台部

P_A ，P_B ‧‧‧上下方向之座標位置

Claims (4)

1. 一種產業用機械手臂，其特徵在於：包括2個以上之臂，其係從基台部側起依臂部及手部之順序連結，且使該手部一面朝向特定方向一面伸縮自如地動作，上述臂分別包括：臂伸縮用驅動源，其係以臂伸縮軸為旋動中心而使上述臂伸縮；臂旋轉用驅動源，其係以臂旋轉軸為旋動中心而使上述臂旋轉；連結構件，其係使上述手部之上下方向之座標位置大致相同；及傳遞機構，其係將上述臂伸縮用驅動源之驅動力傳遞給上述臂旋轉軸；上述傳遞機構包括：A帶輪，其係上述臂伸縮用驅動源所具有；B帶輪，其係上述臂旋轉用驅動源所具有；連結帶，其係架設在該A帶輪與該B帶輪之間；C帶輪，其係設置成與上述B帶輪同軸旋轉；D帶輪，其係設置於上述臂旋轉軸上；及傳動帶，其係設置於該C帶輪與該D帶輪之間。
2. 如請求項1之產業用機械手臂，其中使上述臂中之1個臂動作之臂伸縮軸係實心軸，其以外的軸即上述臂旋轉軸及其他臂的臂伸縮軸係以與上述實心軸同心之方式設置之中空軸。
3. 如請求項1或2之產業用機械手臂，其中 上述臂部與上述手部從上述基台部側起依第1臂構件、第2臂構件及手構件之順序連結；上述第1臂構件具有：第1帶輪，其係位於上述基台部側且與上述臂伸縮軸連結；第2帶輪，其係位於上述第2臂構件側且與該第2臂構件連結；及第1帶，其係架設在該第1帶輪與該第2帶輪之間；上述第2臂構件具有：第3帶輪，其係以與上述第2帶輪同心之方式設置；第4帶輪，其係位於上述手構件側且與該手構件連結；及第2帶，其係架設在該第3帶輪與該第4帶輪之間。
4. 一種集合處理裝置，其特徵在於包括：如請求項1至3中任一項之產業用機械手臂；傳送室，其係設置有該產業用機械手臂；及複數個處理室，其係配置於該傳送室之周圍，利用上述產業用機械手臂所具有之2個以上之臂來進行工件之搬入搬出。