(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線ガイド部を有する断面形状がコ字状の軌道構造体と、前記軌道構造体に沿って移動可能に設けられる移動体とを備え、前記軌道構造体内部に前記移動体を移動させる駆動手段を有する移動体システムであって、
前記移動体は、断面形状がコ字状の前記軌道構造体における開放した側方の反対側を除く三方を覆うようにして設けられるとともに、当該開放した側方の反対側で、前記軌道構造体のせん断中心に負荷物体の重心位置がほぼ一致する位置で、当該負荷物体を保持する保持手段を有する
ことを特徴とする移動体システム。
【請求項２】
前記軌道構造体と前記移動体と前記駆動手段とによって第１移動体機構が構成されており、
前記第１移動体機構を、前記直線ガイド部が伸びる方向と直交する方向に移動させる第２移動体機構を具備する
ことを特徴とする請求項１に記載の移動体システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体を軌道に沿って移動させる移動体システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体工場などでは、作業ロボットなどの機器を搭載した移動体をレール軌道に沿って移動させるシステムが用いられている。このような移動体システムとしては、リニアモータ方式やボールスクリュー方式などが用いられている。
【０００３】
ここで、図１に従来のリニアモータ方式を用いた移動体システムの構成を示す。同図に示すように、このシステムでは、移動体３は、図の紙面垂直方向に敷設された断面コ字状の軌道１に沿って直線ガイド部２により移動可能に案内支持されている。移動体３は、コア４と、コア４に券回されるコイル５と、コア４を支持する支持部材９とを備える磁界発生機構８を備えている。この磁界発生機構８では、コイル５に電流を供給することにより、軌道１におけるコア４と対向する位置に配置された二次側コア６との間に磁界を発生し、これにより推力を発生して移動体３を移動させる。
【０００４】
このような移動体３には、上述した推力を発生する磁界発生機構８に加え、半導体部品を吸着するする部品吸着ヘッドなどが搭載される搭載部７が設けられている。ここで、搭載部７と上記磁界発生機構８の支持部材９とがボルト１０により固定されている。従って、搭載部７に実装ヘッド等を搭載すれば、この部品吸着ヘッドを軌道１中の任意の位置に移動させることができるようになっている。
【０００５】
ところで、移動体システムにおいては、上述した移動体３に搭載したロボットなどをある直線上だけでなく、所定範囲内で平面的（Ｘ方向、Ｙ方向）に任意に移動させるために、図２に示すようなシステムが用いられることがある。同図に示すように、このシステムでは、Ｘ軸方向に敷設される軌道１および移動体３などを含む上記のリニアモータシステム１６（図１参照）自体をボールスクリュー方式でＹ軸方向に移動できるようにしている。具体的には、リニアモータシステム１６をボールスクリュー１５によって駆動される架台に固定し、ボールスクリュー１５をモータ１７で駆動することにより、リニアモータシステム１６全体をＹ軸方向に移動させることができるようになっている。このシステムによれば、ボールスクリュー１５およびリニアモータの両者の駆動を制御することにより、移動体３をＸＹ平面の任意の位置に移動させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭５９−１３５００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、半導体工場等において用いられる移動体システムでは、移動体３が部品吸着ヘッドなどの作業用機器を搭載しており、Ｘ軸方向への移動体３の移動により、軌道１には図中時計回り方向にモーメントが作用する、つまり捻れが生じることになる。
【０００８】
上述したような断面コ字状の部材に捻れが生じた場合、そのせん断中心Ｓは図示の位置となり、上記構成の移動体システムの場合、せん断中心Ｓは軌道１における移動体３とは反対方向に位置することになる。このような力が作用する移動体システムにおいて、移動体３が重量物である部品吸着ヘッド等を図１に示す位置に搭載すると、上述した軌道１の捻れが大きくなり、部品吸着ヘッドの高さが所望の高さよりも大きくずれてしまうことがある。図２に示すレール軌道１の中央付近に移動体３が位置する場合には、この捻れが最も大きくなり、ヘッドの位置が大きくずれて作業に支障を来すことがある。予めヘッドの搭載位置を捻れを考慮した位置に設けることも考えられるが、このような捻れによる位置ずれは、移動体３が軌道１の中央付近にある場合と軌道１の両端側にある場合ではその大きさが異なっている。従って、位置ずれの問題を解消することはできない。
【０００９】
このような位置決め精度の悪化の要因となる捻れを抑制するために、軌道１の剛性を向上させることが考えられるが、この場合、軌道１が大型になるとともに、その重量も大きくなってしまう。
【００１０】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、大型化および重量の増加を招くことなく、レール軌道などや移動体の重量に起因する位置決め精度の悪化を抑制することが可能な移動体システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の移動体システムは、直線ガイド部を有する断面形状がコ字状の軌道構造体と、前記軌道構造体に沿って移動可能に設けられる移動体とを備え、前記軌道構造体内部に前記移動体を移動させる駆動手段を有する移動体システムであって、前記移動体は、断面形状がコ字状の前記軌道構造体における開放した側方の反対側を除く三方を覆うようにして設けられるとともに、当該開放した側方の反対側で、前記軌道構造体のせん断中心に負荷物体の重心位置がほぼ一致する位置で、当該負荷物体を保持する保持手段を有することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項２に記載の移動体システムは、請求項１に記載の移動体システムにおいて、前記軌道構造体と前記移動体と前記駆動手段とによって第１移動体機構が構成されており、前記第１移動体機構を、前記直線ガイド部が伸びる方向と直交する方向に移動させる第２移動体機構を具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、大型化および重量の増加を招くことなく、レール軌道などや移動体の重量に起因する位置決め精度の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のリニアモータを利用した移動体システムの主要構成を示す断面図である。
【図２】従来の移動体システムの概略構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る移動体システムの主要部の概略構成を示す斜視図である。
【図４】実施形態に係る前記移動体システムの構成要素である第１移動体機構の主要構成を示す斜視図である。
【図５】前記第１移動体機構の主要構成を示す断面図である。
【図６】前記第１移動体機構の動作原理を説明するための図である。
【図７】実施形態に係る移動体システムの変形例の主要部の構成を示す斜視図である。
【図８】実施形態に係る移動体システムの他の変形例の主要部の構成を示す断面図である。
【図９】実施形態に係る移動体システムのその他の変形例の主要部の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
Ａ．移動体システムの全体構成
まず、図３は本発明の一実施形態に係る移動体システムの主要部の概略構成を示す斜視図である。同図に示すように、この移動体システムは、Ｘ軸方向に伸びる直線状に敷設された軌道レール３０と、軌道レール３０に沿って移動可能に設けられる移動体３１とを有する第１移動体機構３２と、第１移動体機構３２をＸ軸と直交するＹ軸方向に移動させる第２移動体機構３３とを備えている。
【００１６】
第２移動体機構３３は、軌道レール３０の両端側にそれぞれ設けられるボールスクリュー４０と、ボールスクリュー４０を駆動するモータ４１とを備えている。各ボールスクリュー４０には、ボールスクリュー４０の回転によりＹ軸方向に移動させられる移動架台４２が設けられており、各移動架台４２に軌道レール３０の両端部がそれぞれ固定されている。これにより、軌道レール３０は移動架台４２の移動に伴ってＹ軸方向に移動させられるようになっている。
【００１７】
この構成の下、モータ４１は、図示せぬ制御回路等から入力されるＹ座標を示す位置情報に基づいて、ボールスクリュー４０を回転駆動し、位置情報に示される位置（Ｙ座標）に移動架台４２に固定された軌道レール３０を移動させる。このとき、図示せぬ制御回路からは第１移動体機構３２にＸ座標を示す位置情報が入力される。この情報を取得した第１移動体機構３２では、位置情報に示される位置（Ｘ座標）に位置するように移動体３１を移動させる。この移動体システムでは、このようにして移動体３１をＸＹ平面内の任意の位置に移動させることができるようになっている。
【００１８】
Ｂ．第１移動体機構
上述した移動体システムにおける第２移動体機構３３は、従来の一般的なボールスクリュー方式を用いて移動架台４２を駆動する機構であるが、本発明は駆動方式としてリニアモータを用いた第１移動体機構３２に特徴を有しており、以下、第１移動体機構３２について図４および図５を参照しながら説明する。
【００１９】
図４に示すように、第１移動体機構３２は、上述したようにＸ軸方向に沿った直線状に敷設される軌道レール３０を有しており、この軌道レール３０に沿って移動体３１が移動可能になされている。図５に示すように、軌道レール３０は側方（図の左側）が開放した断面コ字状の部材であり、開放側と反対側（図の右側）の垂直方向に延在する端板基部３０ａの上下には、それぞれ直線ガイド部５３が設けられている。この直線ガイド部５３に移動体３１が摺動可能に支持されており、移動体３１は軌道レール３０に沿って移動することができるようになっている。
【００２０】
また、軌道レール３０は、後述する移動体３１の磁界発生機構と協働して移動体３１に推力を付与するための磁界を発生する二次側コア５２を有している。ここで、二次側コア５２は、上述した端板基部３０ａと端板３０ｂの間に挟まれた状態で支持されている。つまり、二次側コア５２は、断面コ字状の軌道レール３０の一部を構成している。
【００２１】
移動体３１は、大別すると、本体部１３１と、磁界発生機構５４とから構成されている。本体部１３１は、移動体３１側の側方（図の右側）が開放した断面がほぼコ字状の部材であり、移動体３１の開放側を覆うように上下方向に延在する基部１３１ａと、基部１３１ａの上下端からそれぞれ移動体３１側に伸びる取付部１３１ｂとから構成されている。ここで、取付部１３１ｂは軌道レール３０の端板基部３０ａよりも図の右側に延出しており、本体部１３１は軌道レール３０の図の右側を除く三方を完全に覆うようになっている。
【００２２】
磁界発生機構５４は、上述した二次側コア５２と対向する位置に設けられる一次コア５７と、各一次コア５７に券回されるコイル５８と、コイル５８が券回された一次コア５７を支持する支持部材５９とを備えている。支持部材５９は、基部１３１ａの中央から移動体３１側に延出するように取り付けられており、これにより支持部材５９は２つの二次側コア５２の間に配置されるようになっている。従って、コイル５８が券回された一次コア５７と二次側コア５２が対向する位置に配置されるようになっている。
【００２３】
次に、図６を参照しながら、磁界発生機構５４と軌道レール３０の一部を構成する二次側コア５２とによる移動体３１の具体的な駆動構成例について説明する。本実施形態では、二次側コア５２と、一次側コア５７およびコイル５８とは、支持部材５９を挟んで２組設けられているが、両者は同一の原理で動作するため、一方のみを図示してその動作原理について説明する。
【００２４】
図６に示すように、軌道レール３０の一部を構成する二次側コア５２の一次側コア５７と対向する面には、歯部５２ａが長手方向に沿って等間隔に形成されている。移動体３１の一次側コア５７は、コ字状のＡ相鉄心７０およびＢ相鉄心７１と、Ａ相鉄心７０のＡ相磁極７０ａおよび相磁極７０ｂに券回されるコイル５８ａ，５８ｂと、Ｂ相鉄心７１のＢ相磁極７１ａおよび相磁極７１ｂに券回されるコイル５８ｃ，５８ｄと、Ａ相鉄心７０およびＢ相鉄心７１の二次側コア５２と反対側の面に設けられた永久磁石７２，７３と、永久磁石７２，７３に取り付けられた板状の磁性体によって構成されるバックプレート７４とから構成されている。Ａ相磁極７０ａの二次側コア５２と対向する面には、歯部５２ａのピッチＰと同一ピッチで３個の極歯７５ａが形成されており、その他の磁極７０ｂ，７１ａ，７１ｂにも同様に３個の極歯７６ｂ，７７ａ，７７ｂが形成されている。また、各磁極７０ｂ，７１ａ，７１ｂはＡ相磁極７０ａに対して順次Ｐ／４ずつずらして配置され、これにより各磁極７０ｂ，７１ａ，７１ｂは互いに位相が９０°ずつ異なった位置関係となっている。このような構成の下、コイル５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄに一相励磁方式等によりパルス信号を供給することにより、コイル５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄに順次発生する磁束と、永久磁石７２，７３が発生する磁束とが各磁極７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂにおいて順次加減され、二次側コア５２に対する移動体３１の磁気的安定位置が順次移動し、これにより移動体３１が二次側コア５２に沿った方向に移動させられる。これは、一般的なリニアパルスモータの構成であるが、この他にも、例えば特開平３−１２４２５９号公報に記載されたリニアパルスモータ方式などを用いるようにしてもよい。
【００２５】
図５に戻り、部品吸着ヘッド（負荷物体）１３２は、上述した本体部１３１の取付部１３１ｂの先端部１３１ｃに取り付けられており、図では詳細な構造を記載せず、一点鎖線で概略外形を示すものとする。このような構造のリニアモータが半導体工場の作業ロボットを移動させる場合には、起動レール３０にはその自重等により図５中反時計回りのモーメントが作用する、つまり捻れが生じる。断面コ字状の部材に生じる捻れのせん断中心Ｓは、図示のように端板基部３０ａの図の右側に位置することになる。本実施形態では、このせん断中心Ｓ上で移動体３１が部品吸着ヘッド１３２を搭載するようになっている。言い換えれば、軌道レール３０のせん断中心Ｓと、部品吸着ヘッド１３２を搭載位置を一致させるために、上述したような形状、かつ上述したように位置で部品吸着ヘッド１３２を保持する本体部１３１を設計しているのである。つまり、本実施形態のように断面コ字状の軌道レール３０を用いる場合には、そのせん断中心Ｓが端板基部３０ａの背面側（図５の右側）に位置することを考慮し、部品吸着ヘッド１３２を端板基部３０ａの背面側で保持する構成としているのである。
【００２６】
半導体製造設備等において、半導体部品の搬送や実装を行う装置を移動させるシステムでは、高い位置精度が要求されることになる。移動体の駆動制御を緻密に行った場合にも、上記のような軌道レールなどのねじれといった機械的な原因による位置変動が生じることがある。半導体製造設備では、駆動制御だけでなく、機械的な位置変動が生じた場合にも、製品の歩留りが低下してしまうことがあり得る。本実施形態に係る移動体システムは、このような部材の自重等によるねじれに起因する位置変動を抑制することができ、高い位置精度が要求される半導体製造設備に用いられる移動体システムとして好適なシステムを提供しているのである。
【００２７】
ところで、図１に示すような移動体システムにおいても、軌道１の剛性を向上させて、上記のようなねじれによる機械的な位置ずれを抑制することも考えられる。しかしながら、この場合、軌道１の大幅な重量増加を招くことになる。これに対し、本実施形態に係る移動体システムでは、移動体３１が上述したような形状、かつ部品吸着ヘッド１３２を端板基部３０ａの背面側で保持する構成としてせん断中心Ｓと重心位置をほぼ一致させることにより、上記のようなねじれを抑制している。従って、大幅な重量増加を招くことなく、位置ずれを抑制することができる。
【００２８】
また、本実施形態のように第１移動体機構３２を第２移動体機構３３が移動させるシステムでは、第１移動体機構３２の重量増加は、第２移動体機構３３に必要とされる駆動力-が増加してしまうことになる。本実施形態の第１移動体機構３２のように重量増加を抑制することが可能であると、従来のように部材の剛性向上によりねじれを抑制するシステムと比較すると、第２移動体機構３３のモータ４１として低い能力のものを用いることができ、システムの大型化や消費電力の増加を抑制することができる。また、第２移動体機構３３の駆動力を小さくすることができるため、振動や騒音も抑制することができる。
【００２９】
また、本実施形態では、図５に示すように、断面コ字状のレール軌道３０の中立軸上に直線ガイド部５３を配置し、移動体３１を支持するようになっている。これによる効果について説明する。本実施形態のリニアモータなどの軌道に沿って移動体を走行させるシステムでは、移動体が高速走行等すると、シール抵抗などに起因して発熱することになる。このように移動体の走行時には直線ガイド部５３が発熱し、その熱がレール軌道３０に伝達されることになる。このような発熱によるレール軌道３０がバイメタル効果により機械的に変形してしまい、湾曲してしまうことになる。このようにレール軌道３０が変形すると、これに案内支持される移動体３１の位置ずれが生じ、半導体製造工程等に支障を来すことがある。ところで、上述したバイメタル効果は、中立軸を中心に変形を生じるものであるため、中立軸上での変形量は少なくなる。本実施形態では、この原理に着目し、変形の少ない中立軸上に移動体３１を支持する直線ガイド部５３を設けることにより、移動体３１の位置ずれを抑制している。
【００３０】
Ｃ．変形例
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下のような種々の変形が可能である。
【００３１】
（１）上述した実施形態においては、リニアモータにより移動体３１を駆動するようにしていたが、これに限らず、他の方式で移動体３１を駆動するようにしてもよい。例えば、図７に示すようなボールスクリュー７０を用いた駆動方式であってもよいし、タイミングベルト等によるベルト駆動で移動体３１を駆動する方式のものであってもよい。また、上述した実施形態では、第１移動体機構３２の駆動方式としてリニアパルスモータを利用していたが、これに限らず、誘導型など他のタイプのリニアモータを用いた移動体システムに適用することも可能である。また、リニアパルスモータを用いた方式であっても、上述したようなコアおよびコイル等を支持部材５９の上下にそれぞれ配置する構成に限らず、例えば図８に示すような構成にリニアモータであってもよい。このような場合にも、上記実施形態と同様に、移動体３１は、断面コ字状のレール軌道３０のせん断中心Ｓ近傍で部品吸着ヘッド等の重量物体を保持するようにすればよい。
【００３２】
（２）また、上述した実施形態では、直線ガイド部５３をレール軌道３０の中立軸上に設けるようにし、上述した熱変形による移動体３１の位置ずれを抑制するようにしていたが、上下方向のスペースが狭い等の問題がある場合には、図９に示すように、レール軌道３０の端板３０ｂに直線ガイド部５３を設け、移動体３１を支持するようにしてもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様にレール軌道３０、移動体３１および部品吸着ヘッド１３２等の重量による捻れに起因する位置ずれを抑制することができる。
【符号の説明】
【００３３】
３０…軌道レール、３０ａ…端板基部、３１…移動体、３２…第１移動体機構、３３…第２移動体機構、５２…二次側コア、５３…直線ガイド部、５４…磁界発生機構、７０…ボールスクリュー、１３１…本体部、１３１ａ…基部、１３１ｂ…取付部、１３２…部品吸着ヘッド、Ｓ…せん断中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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