(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持可能な上側フォークを先端に取り付けた左右一対の上側第一アームと、
一方の前記上側第一アームの後端に設けられた上側右関節部と、
他方の前記上側第一アームの後端に軸受を介して取り付けられた上側左関節部と、
前記上側右関節部及び前記上側左関節部にそれぞれ軸受を介して先端が連結された左右一対の上側第二アームと、
一方の前記上側第二アームの後端と一体に回転するように直結されるとともに、他方の前記上側第二アームの後端を回転可能に支持する上側用駆動軸と、
前記基板を保持可能で且つ前記上側フォークよりも下方側に配設された下側フォークを先端に取り付けた左右一対の下側第一アームと、
一方の前記下側第一アームの後端に設けられた下側左関節部と、
他方の前記下側第一アームの後端に軸受を介して取り付けられた下側右関節部と、
前記下側左関節部及び前記下側右関節部にそれぞれ軸受を介して先端が連結された左右一対の下側第二アームと、
一方の前記下側第二アームの後端と一体に回転するように直結されるとともに、他方の前記下側第二アームの後端を回転可能に支持する下側用駆動軸と、
前記上側用駆動軸及び前記下側用駆動軸に対して同軸に設けられた制動軸と、
前記上側右関節部と前記制動軸との間で回転力を伝達する第二固定力伝達具と、
前記下側左関節部と前記制動軸との間で回転力を伝達する第一固定力伝達具と、
前記制動軸を回転させる回転用駆動軸と、
前記上側用駆動軸、前記下側用駆動軸及び前記回転用駆動軸を支持した状態で上下動可能な支持体とを備え、
前記前記回転用駆動軸及び前記下側用駆動軸の回転を規制した状態で、前記上側用駆動軸を回転させると前記上側フォークが前後運動し、
前記前記回転用駆動軸及び前記上側用駆動軸の回転を規制した状態で、前記下側用駆動軸を回転させると前記下側フォークが前後運動し、
前記回転用駆動軸により前記制動軸を回転させ、この回転に伴って前記上側用駆動軸及び前記下側用駆動軸が回転すると、前記上側フォーク及び前記下側フォークが前記回転用駆動軸を中心に回転運動する
ことが可能に構成されていることを特徴とする基板搬送ロボット。
【請求項２】
前記上側用駆動軸及び前記下側用駆動軸は、回転角度を検出する回転モニタをそれぞれ備えており、
それぞれの前記回転モニタからの検出値に基づいて、前記上側フォークに保持された前記基板の中心を前記回転用駆動軸の回転中心に一致させるように前記上側フォークの前後方向の位置を制御可能に構成され、前記下側フォークに保持された前記基板の中心を前記回転用駆動軸の回転中心に一致させるように前記下側フォークの前後方向の位置を制御可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板搬送ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、半導体製造装置等の基板処理装置において基板を搬送する基板搬送ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種半導体デバイスを製造する際に用いられる半導体製造装置や液晶ディスプレイを製造する際に用いられる液晶基板処理装置等の基板処理装置では、目的とする位置に基板を搬送するため、基板搬送ロボットが搭載されている。このような基板搬送ロボットには、比較的小さな占有スペースであるにもかかわらず三次元空間内の自由な位置に基板を搬送させることができることから、関節型のロボットが多く用いられている。
【０００３】
このような関節型の基板搬送ロボットは、特表平８−５０６７７１号公報、特開平４−１５２０７８号公報、特許第２７６１４号公報等に開示されている。多くの関節型の基板搬送ロボットは、モータの回転運動をアームの伸縮運動に変換する機構を備えている。そして、基板を保持する基板保持体としてのフォークがアームの先端に取り付けられており、アームの伸縮や回転、上下移動等を行って基板を搬送するよう構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような基板搬送ロボットにおいて、フォークの可動範囲との関連から、基板搬送ロボットの占有スペースが今ひとつ小さくできない問題が生じていた。この点を、図４を使用して説明する。図４は、従来の基板搬送ロボットの問題点について説明する平面図である。図４は、従来の基板搬送ロボットの一例として、特許第２７６１４号公報に示された機構を示している。
【０００５】
図４に示す機構は、二つのフォーク１，２を備えている。二つのフォーク１，２は、同一平面上に位置している。二つのフォーク１，２それぞれには、伸縮自在に組み合わせた複数のアーム３１，３２，４１，４２が設けられている。各アーム３１，３２，４１，４２は、左右一対のものである。二つのアーム３１，３２，４１，４２が関節部３３，４３を介して連結されたものが一組となっており、それが左右に設けられている。
【０００６】
二つのフォーク１，２は、それぞれ独立した不図示の駆動源によって駆動され、水平方向の直線運動（前後運動）、基板搬送ロボットの中心軸（以下、ロボット中心軸Ａ）に一致した回転軸の回りの周方向の運動（回転運動）及び垂直方向の直線運動（上下運動）するようになっている。図４に示す状態において、駆動源が動作すると、左右一対のアーム３１，３２，４１，４２が伸び、フォーク１，２が前進する。この結果、基板９も前進する。
【０００７】
図４において、フォーク１，２を回転運動させて基板９を周方向に移動させる際には、二つのフォーク１，２を同時に回転させるようにする。回転運動の際に要するスペースを小さくする目的で、この回転の際、図４に示すようにアーム３１，３２，４１，４２を最も縮んだ状態（フォーク１，２が最もロボット中心軸Ａに近づいた状態、以下、最縮状態と呼ぶ）にして回転させる。
【０００８】
最縮状態でフォーク１，２が基板９を支持しながら回転運動を行う際に必要とされる水平方向のスペースの半径（以下、必要最小半径）ｒは、図４に示す通り、フォーク１，２に支持された基板９のロボット中心軸Ａから最も遠い縁が描く円弧の半径に等しい。上述した従来の基板搬送ロボットでは、図４に示す必要最小半径ｒを図４に示すものより小さくすることはできない。この理由は、フォーク１，２が後退する際、フォーク１，２はロボット中心軸Ａ上より少し前方の位置までしか後退できない構造となっているからである。言い換えると、従来の機構では、フォーク１，２は、その後端がロボット中心軸Ａ上やそれを越えてさらに後退することはできない構造となっている。
【０００９】
上記フォーク１，２の後退が制限されている理由の一つは、二つのフォーク１，２が同一平面上に配置されているためである。ロボット中心軸Ａ上を越えてフォーク１，２を後退させようとすると、フォーク１，２が互いに干渉してしまう。
上述したような基板処理装置に用いられる基板搬送ロボットは、装置全体の大型化を防止するため、狭いスペースでも基板９の搬送動作が行えるものであることが好ましい。しかしながら、上述したように、従来の基板搬送ロボットは、必要最小半径ｒが小さくできず、より狭いスペースでの動作が難しいという問題がある。
【００１０】
また一方、フォーク１，２がロボット中心軸Ａ上より少し前方までしか後退できないという点は、上記回転運動の際、基板９が受ける遠心力の問題を顕在化させることにもなる。つまり、図４に示すように、基板９の中心は、回転運動の中心から相当距離離れており、回転運動の際には基板９に遠心力が働く。従来の基板搬送ロボットでは、搬送を効率良く行う等の目的から回転運動の速度を速くしたり、フォーク１，２と基板９との間の摩擦力が充分でなかったりすると、回転運動の際に基板がフォーク１，２上でずれたり、フォーク１，２から落下してしまう事故が発生してしまう恐れがある。
【００１１】
フォーク１，２上での基板９のずれや基板９の落下を防止するため、基板９をフォーク１，２の表面に静電吸着する構成もあり得るが、このような構成はフォーク１，２の構造を複雑にする欠点がある。また、静電気によって付近の塵埃等を集めてしまって基板９に塵埃が付着し易くなる問題や、静電吸着力を強くすると、基板９の裏面を傷つけてしまう等の問題が発生する場合もある。
【００１２】
本願の発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、必要最小半径をより小さくすることが可能であり、基板のずれや落下の無い実用的で優れた性能の基板搬送ロボット及び基板搬送方法を提供する技術的意義を有する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、基板を保持可能な上側フォークを先端に取り付けた左右一対の上側第一アームと、
一方の前記上側第一アームの後端に設けられた上側右関節部と、
他方の前記上側第一アームの後端に軸受を介して取り付けられた上側左関節部と、
前記上側右関節部及び前記上側左関節部にそれぞれ軸受を介して先端が連結された左右一対の上側第二アームと、
一方の前記上側第二アームの後端と一体に回転するように直結されるとともに、他方の前記上側第二アームの後端を回転可能に支持する上側用駆動軸と、
前記基板を保持可能で且つ前記上側フォークよりも下方側に配設された下側フォークを先端に取り付けた左右一対の下側第一アームと、
一方の前記下側第一アームの後端に設けられた下側左関節部と、
他方の前記下側第一アームの後端に軸受を介して取り付けられた下側右関節部と、
前記下側左関節部及び前記下側右関節部にそれぞれ軸受を介して先端が連結された左右一対の下側第二アームと、
一方の前記下側第二アームの後端と一体に回転するように直結されるとともに、他方の前記下側第二アームの後端を回転可能に支持する下側用駆動軸と、
前記上側用駆動軸及び前記下側用駆動軸に対して同軸に設けられた制動軸と、
前記上側右関節部と前記制動軸との間で回転力を伝達する第二固定力伝達具と、
前記下側左関節部と前記制動軸との間で回転力を伝達する第一固定力伝達具と、
前記制動軸を回転させる回転用駆動軸と、
前記上側用駆動軸、前記下側用駆動軸及び前記回転用駆動軸を支持した状態で上下動可能な支持体とを備え、
前記前記回転用駆動軸及び前記下側用駆動軸の回転を規制した状態で、前記上側用駆動軸を回転させると前記上側フォークが前後運動し、
前記前記回転用駆動軸及び前記上側用駆動軸の回転を規制した状態で、前記下側用駆動軸を回転させると前記下側フォークが前後運動し、
前記回転用駆動軸により前記制動軸を回転させ、この回転に伴って前記上側用駆動軸及び前記下側用駆動軸が回転すると、前記上側フォーク及び前記下側フォークが前記回転用駆動軸を中心に回転運動する
ことが可能に構成されている。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記上側用駆動軸及び前記下側用駆動軸は、回転角度を検出する回転モニタをそれぞれ備えており、
それぞれの前記回転モニタからの検出値に基づいて、前記上側フォークに保持された前記基板の中心を前記回転用駆動軸の回転中心に一致させるように前記上側フォークの前後方向の位置を制御可能に構成され、前記下側フォークに保持された前記基板の中心を前記回転用駆動軸の回転中心に一致させるように前記下側フォークの前後方向の位置を制御可能に構成されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１は、本願発明の実施形態である基板搬送ロボットの正面断面概略図、図２は、図１に示す基板搬送ロボットの平面図である。
【００１５】
本実施形態の基板搬送ロボットは、基板９を保持する基板保持体としてのフォーク１，２と、フォーク１，２を保持する複数のアーム３１，３２，４１，４２と、アーム３１，３２，４１，４２を介してフォーク１，２を前後運動させる前後運動機構５１，５２と、アーム３１，３２，４１，４２を介してフォーク１，２を回転運動させる回転運動機構６と、アーム３１，３２，４１，４２を介してフォーク１，２を上下運動させる上下運動機構７１，７２とを備えている。
【００１６】
本実施形態の機構の大きな特徴点の一つは、図１から解るように、フォーク１，２が二つ設けられており、それが上下に配置されている点である。説明の都合上、下側に配置されたフォーク１を下側フォーク１、上側に配置されたフォーク２を上側フォーク２と呼ぶ。
【００１７】
二つのフォーク１，２は、同じ形状であり、ほぼ長方形の板状部材にＵ字状の切り欠きを設けた形状である。本実施形態では、半導体ウェーハのような円形の基板９を搬送することが想定されており、図２に示すように、基板９はその中心がＵの字の切り欠きの円弧部分の中心（以下、フォーク中心）にほぼ一致する位置で保持されるようになっている。尚、本実施形態では、後述するように、回転運動の際に基板９に加わる遠心力が殆どゼロになっているため、基板９をフォーク１，２に静電吸着する構成は採用されていない。
【００１８】
下側フォーク１は、四本のアーム３１，３２，４１，４２で保持されている。四本のアーム３１，３２，４１，４２は、下側フォーク１に連結された左右一対のアーム３１，４１（以下、下側左第一アーム３１及び下側右第一アーム４１）と、下側左第一アーム３１に下側左関節部３３を介して連結された下側左第二アーム３２と、下側右第一アーム４１に下側右関節部４３を介して連結された下側右第二アーム４２となっている。尚、下側フォーク１の根元の部分には、下側アーム固定具１１が設けられている。
【００１９】
下側左第一アーム３１及び下側右第一アーム４１は、下側アーム固定具１１に連結されており、アーム固定具１１を介して下側フォーク１を保持している。尚、下側左第一アーム３１及び下側右第一アーム４１の先端は、不図示のギア機構又はベルトを介して連結されている。この連結により、後述する前後運動の際、下側フォーク１の向きが一定に保たれるようになっている。
【００２０】
上側フォーク２についても同様の構造であり、四本のアーム３４，３５，４４，４５は、上側フォーク１に連結された左右一対のアーム３４，４４（以下、上側左第一アーム３４及び上側右第一アーム４４）と、上側左第一アーム３４に下側左関節部３６を介して連結された上側左第二アーム３５と、上側右第一アーム４４に上側右関節部４６を介して連結された上側右第二アーム４５となっている。
尚、図１に示すように、左右の上側第一アーム３４，４４と左右の上側第二アーム３５，４５との距離は長くなっており、上側左関節部３６及び上側左関節部４６は、それらを繋ぐように長くなっている。下側フォーク１を保持した四本のアーム３１，３２，４１，４２は、左右の上側第一アーム３４，４４と左右の上側第二アーム３５，４５との間の空間に位置している。
【００２１】
右の下側関節部４３は、各々上端が下側第一アーム４１の端部に不図示の軸受を介して填め込まれ、下端が下側第二アーム４２の端部に不図示の軸受を介して填め込まれている。また、左の上側関節部３６も同様であり、各々、不図示の軸受を介して上側第一第二アーム３４，３５の端部に不図示の軸受を介して填め込まれている。
【００２２】
上記各四本のアーム３１，３２，４１，４２，３４，３５，４４，４６は、各々独立した前後運動機構５１，５２によって各フォーク１，２を前後に移動させるようになっている。この点について以下に説明する。まず、下側フォーク１を前後運動させる前後運動機構（以下、下側用前後運動機構）５１について説明する。下側用前後運動機構５１は、下側フォーク１を保持した四本のアーム３１，３２，４１，４２が連結された下側用駆動軸５１１と、下側用駆動軸５１１を駆動して下側フォーク１を前後運動させる下側用駆動源５１２とから主に構成されている。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の基板搬送ロボットのロボット中心軸Ａと同軸になるようにして、下側用駆動軸５１１が設けられている。そして、下側用駆動軸５１１の上端部分に、下側左第二アーム３２及び下側右第二アーム４２が設けられている。下側左第二アーム３２は下側用駆動軸５１１に直結されているが、下側右第二アーム４２は、ベアリングを介して下側用駆動軸５１１に連結されている。
【００２４】
下側用駆動源５１２は、モータを構成する下側用回転子５１３及び下側用固定子５１４より成る構成となっている。下側用駆動軸５１１の下端部分には、下側用回転子５１３が設けられており、下側用回転子５１３を取り囲むようにして下側用固定子５１４が設けられている。
下側用固定子５１４には、不図示の下側用駆動回路が接続されている。下側用駆動回路が動作すると、下側用固定子５１４が通電され、下側用駆動軸５１１に固定された下側用駆動軸５１１を回転させるようになっている。下側用固定子５１４及び下側用回転子５１３の構成は、ＤＣモータ、ＡＣモータ、ＤＣ又はＡＣサーボモータ、ステッピングモータ等、各種のモータの構成を同様のものを任意に選んで採用することができる。
【００２５】
次に、上側フォーク２を前後運動する前後運動機構（以下、上側用前後運動機構）５２について説明する。上側用前後運動機構５２は、上側フォーク２を保持した四本のアーム３４，３５，４４，４５が連結された上側用駆動軸５２１と、上側用駆動軸５２１を駆動して上側フォーク２を前後運動させる上側用駆動源５２２とから主に構成されている
【００２６】
上側用駆動軸５２１は、下側用駆動軸５１１を取り囲むようして設けられている。上側用駆動軸５２１は、下側用駆動軸５１１と同軸に設けられた円筒状のものである。上側用駆動軸５２１の上端部分には、上側右第二アーム４５が連結されている。上側左第二アーム３５は、ベアリングを介して下側用駆動軸５１１に連結されている。
【００２７】
上側用駆動源５２２も、下側用駆動源５１２と同様に、モータを構成する上側用回転子５２３及び上側用固定子５２４より成る構成となっている。上側用駆動軸５２１の下端部分には、上側用回転子５２３が設けられ、上側用回転子５２３を取り囲むようにして上側用固定子５２４が設けられている。
上側用固定子５２４には、不図示の上側用駆動回路が接続されており、上側用固定子５２４を通電して上側用回転子５２３を回転させ、これにより上側用駆動軸５２１を回転させるようになっている。上側用固定子５２４及び上側用回転子５２３の構成も、同様に、ＤＣモータ、ＡＣモータ、ＤＣ又はＡＣサーボモータ、ステッピングモータ等、各種のモータの構成を同様のものを任意に選んで採用することができる。
【００２８】
一方、図１に示すように、下側用駆動軸５１１の先端部分を取り囲むようにして、制動軸５３が設けられている。制動軸５３の役目は、下側用駆動源５１２又は上側用駆動源５２２が動作した際に、下側用駆動軸５１１又は上側用駆動軸５２１の回転を下側フォーク１又は上側フォーク２の前後運動に変換するよう制動力を加えることと、各フォーク１，２を一体に回転運動させる際に駆動力を導入することである。
【００２９】
制動軸５３は、全体としては、短い円筒状の部材である。制動軸５３は、図１から解るように、左半分と右半分との長さが違う段違いの形状になっている。そして、制動軸５３の左側面と下側左関節部３３の下端とを連結するようにして、第一固定力伝達具５４１が設けられている。第一固定力伝達具５４１は、具体的にはベルトであり、制動軸５３と下側左関節部３３との間に張架されている。また、制動軸５３の右側面と右側左関節部４３の下端とを連結するようにして、第二固定力伝達具５４２が設けられている。第二固定力伝達具５４２も、制動軸５３と上側右関節部４６との間に張架されたベルトである。
【００３０】
次に、上述した二つのフォーク１，２を前後運動させる場合の動作について説明する。
まず、下側フォーク１を前後運動させる場合、下側用駆動源５１２を動作させて下側用駆動軸５１１に回転方向の力を加える。この結果、下側用駆動軸５１１に直結された下側左第二アーム３２にも回転方向の力が加わる。この回転方向の力は、下側左関節部３３及び第一固定力伝達具５４１を介して制動軸５３に伝えられる。制動軸５３の反対側には、第二固定力伝達具５４２を介して上側右第二アーム４５が連結されているので、制動軸５３に与えられた回転方向の力は、上側右第二アーム４５に伝えられ、最終的には、上側用駆動軸５２１に対して与えられることになる。
【００３１】
一方、下側用駆動源５１２を動作させるとと同時に、上側用駆動源５２２を動作させ、上側用駆動軸５２１が回転しないようにトルクを与える。つまり、上側用駆動軸５２１を制動させる。下側左第二アーム３２が下側左第一アーム３１に連結され、下側左第一アーム３１が下側フォーク１を介して下側右第一アーム４１に連結され、下側右第一アーム４１が下側右第二アーム４２に連結され、下側右第二アーム４２がベアリングを介して下側用駆動軸５１１に保持されていることから、上記制動の結果、下側左第二アーム３２が下側用駆動軸５１１を中心にして円弧運動する際、下側左第一アーム３１は、下側左関節部３３を中心にして円弧運動する。
【００３２】
これに伴い、下側右第一アーム４１も下側左第一アーム３１とは線対称な円弧運動を行う。そして、下側右第二アーム４２は、下側左第二アーム３２とは線対称な円弧運動を従動して行う。このような対称な円弧運動の結果、図２に示すように、下側フォーク１は、その線対称の線の方向に前後運動することになる。前後の向きは、下側用駆動軸５１１の回転の向きによることは言うまでもない。
尚、上記前後運動の際、下側フォーク１の姿勢は変化せず、常に前後運動の方向に向いている。より正確には、下側フォーク１のＵの字の深さ方向（以下、フォーク基準方向と言い、図２に矢印Ｄで示す）は、常に前後運動の方向になるようになっている。
【００３３】
上側フォーク２を前後運動させる場合にも、上述したのと本質的に同様である。上側用駆動源５２２を動作させて上側用駆動軸５２１に回転方向の力を与えると同時に、下側用駆動源５１２を動作させて下側用駆動軸５１１が回転しないよう逆向きをトルクを発生させる。上側右第二アーム４５の円弧運動に従い、上側右第一アーム４４及び上側左第一アーム３４が互いに線対称の円弧運動を行い、上側フォーク２が前後運動する。
【００３４】
上記説明から解る通り、第一固定力伝達具５４１及び第二固定力伝達具５４２は、左右の第一アーム３１，４１，３４，４４が駆動軸５１１，５２１を中心にして回転してしまうのを規制する力を伝えるものである。このような第一固定力伝達具５４１及び第二固定力伝達具５４２は、前後運動の際、多少伸縮する。第一固定力伝達具５４１及び第二固定力伝達具５４２としてはベルトの他、スライダのような機構を採用することもできる。
【００３５】
上記前後運動のストローク長は、図２から容易に類推されるように、左第一アーム３１，３４と右第一右アーム４１，４４とが平行になる前進位置と、左第一アーム３１，３４と右第二アーム４１，４４とが平行になる後退位置との間の距離となっている。従来との相違で言うと、フォーク１，２の後端がロボット中心軸Ａを越えた状態までフォーク１，２が後退できるようになっている。この点も、本実施形態のロボットの大きな特徴点である。
【００３６】
次に、二つのフォーク１，２を一体に回転運動させる回転運動機構６の構造について説明する。回転運動機構６は、回転用駆動軸６１と、回転用駆動軸６１を駆動する回転用駆動源６２とから主に構成されている。
図１に示すように、上側用駆動軸５２１の外側に回転用駆動軸６１が同軸上に設けられている。回転用駆動軸６１は円筒状であり、内部に上側用駆動軸５２１等を挿通させている。
【００３７】
回転用駆動軸６１の上端には、連結棒６３が固定されて上方に伸びている。この連結棒６３の上端は、制動軸５３に固定されている。また、上側用駆動軸５２１の上端部分には、連結棒６３を挿通させた挿通孔が設けられている。この挿通孔は、回転用駆動軸６１と同軸の円弧状である。
【００３８】
二つのフォーク１，２を一体に回転させるための回転用駆動源６２は、回転用駆動軸６１の下端部分の側面に設けられた回転用回転子６２１と、回転用回転子６２１を回転させる回転用固定子６２２と、回転用固定子６２２を通電する不図示の回転用駆動回路とから主に構成されている。回転用駆動回路が動作すると、回転用固定子６２２が通電され、回転用駆動軸６１を回転させるようになっている。下側用固定子５１４及び下側用回転子５１３の構成は、同様に、ＤＣモータ等の各種のモータの構成と同様のものを任意に選んで採用することができる。
【００３９】
二つのフォーク１，２を一体に回転させる際には、回転用駆動源６２によって回転用駆動軸６１を回転させる。この際、前述した下側用駆動源５１２及び上側用駆動源５２２は動作させず、下側用駆動軸５１１や上側用駆動軸５２１はフリー（力を加えない状態）にしておく。回転用駆動軸６１が回転すると、連結棒６３を介して制動軸５３も回転する。この結果、第一固定力伝達具５４１を介して下側フォーク１及びそれを保持する四本のアーム３１，３２，４１，４２が一体に回転するとともに、第二固定力伝達具５４２を介して上側フォーク２及びそれを保持する四本のアーム３４，３５，４４，４５が一体に回転する。この回転により、上述した前後運動の方向を水平面内に任意の方向に設定することが可能となる。
【００４０】
次に、二つのフォーク１，２を一体に上下運動させる上下運動機構７１，７２について説明する。本実施形態では、上下運動のための機構が二つ設けられている。一つは、移動距離の短い上下運動のための機構（以下、第一上下運動機構）７１であり、もう一つは移動距離の長い上下運動のための機構（以下、第二上下運動機構）７２である。
【００４１】
まず、第一上下運動機構７１について説明する。
前述した下側用駆動軸５１１、上側用駆動軸５２１、回転用駆動軸６１、さらにはそれらに連結された各部は、支持体７１１によって全体が保持されている。より具体的に説明すると、図１に示すように、下側用固定子５１４、上側用固定子５２４、回転用固定子６２２は支持体７１１に保持されている。支持体７１１と回転用駆動軸６１の間、回転用駆動軸６１と上側用駆動軸５２１との間、上側用駆動軸５２１の間には、軸受を含む不図示の保持具が設けられている。従って、各軸は、最終的には支持体７１１によって支持されており、上方のアーム３１，３２，４１，４２，３４，３５，４４，４５群や二つのフォーク１，２も支持体７１１によって支持されている。
【００４２】
支持体７１１は円筒状であり、水平な姿勢の第一ベース板７１２に下端が固定されている。第一上下運動機構７１は、第一ベース板７１２の下面に固定されて下方に延びる第一被駆動ボールねじ７１３と、第一被駆動ボールねじ７１３に噛み合う第一駆動ボールねじ７１４と、第一駆動ボールねじ７１４を回転させる第一上下用駆動源７１５とから主に構成されている。
【００４３】
図１に示すように、第一被駆動ボールねじ７１３は、下側用駆動棒５１１等と同軸であり、従って基板搬送ロボット全体と同軸である。第一駆動ボールねじ７１４は全体としては円筒状であり、その内面がねじ切りされて第一被駆動ボールねじ７１４に噛み合っている。第一上下用駆動源７１５は、前述した下側用駆動源５１２等の同様の構成であり、第一駆動ボールねじ７１４の側面に固定された上下用回転子７１６と、上下用回転子７１６に磁気結合する上下用固定子７１７と、上下用固定子７１７を通電駆動する不図示の上下用駆動回路とから構成されている。
【００４４】
第一上下用駆動源７１５が動作すると、上下用回転子７１６の回転に伴い、第一駆動ボールねじ７１４が回転する。第一被駆動ボールねじ７１３は、不図示の回転規制部によって回転しないようになっている。従って、第一駆動ボールねじ７１４の回転によって第一被駆動ボールねじ７１３は上下に移動する。これに伴い、第一ベース板７１２を介して各支持体７１１が一体に上下運動し、この結果、二つのフォーク１，２も一体に上下運動する。運動の向きは、第一上下用駆動源７１５による回転の向きによる。
【００４５】
次に、第二上下運動機構７２について説明する。
第一ベース板７１２の下方には、第二ベース板７２１が設けられている。第二ベース板７２１は、前述した機構を全体に支持している。具体的には、第一上下用駆動源７１５の第一駆動ボールねじ７１４は、ベアリングを介して第二ベース板７２１に支持されている。
【００４６】
第二上下運動機構７２は、第二ベース板７２１を上下運動させる機構となっている。具体的には、第二上下運動機構７２は、第二ベース板７２１に固定された第二被駆動ボールねじ７２２と、第二被駆動ボールねじ７２２に噛み合う第二駆動ボールねじ７２３と、第二駆動ボールねじ７２３を回転させる第二上下用駆動源７２４とから主に構成されている。
【００４７】
図１に示すように、第二ベース板７２１の隅の部分には、挿通用開口が形成されている。第二被駆動ボールねじ７２２は、短い円筒ロッド状であり、その内面がねじ切りされている。第二被駆動ボールねじ７２２は、その端面が挿通用開口の縁を取り囲むようにして第二ベース板７２１に固定されている。
第二駆動ボールねじ７２３は、垂直に延びる長い棒状であり、第二ベース板７２１の挿通用開口に挿通されるとともに第二被駆動ボールねじ７２２に噛み合っている。第二駆動ボールねじ７２３の上端は、軸受を介してフレーム７２５に取り付けられている。第二駆動ボールねじ７２３の下端は、第二ベース板７２１の下方に位置し、ギア７２７を介して第二上下用駆動源７２４に連結されている。
【００４８】
第二上下用駆動源７２４は、ＡＣサーボモータ等のモータである。第二上下用駆動源７２４が駆動されると、ギア７２７を介して第二駆動ボールねじ７２３が回転する。第二被駆動ボールねじ７２２や第二ベース板７２１は不図示の回転規制部によって回転しないようになっているので、第二駆動ボールねじ７２３の回転により上下運動する。この結果、第一ベース板７１２も上下運動し、二つのフォーク１，２も一体に上下運動する。
尚、第二ベース板７２１には、第二駆動ボールねじ７２３と平行に延びるリニアガイド７２６が設けられている。リニアガイド７２６は、均等な位置に２〜３本程度設けられており、第二ベース板７２１の上下運動が安定するようガイドする。
【００４９】
本実施形態の装置は、二つのフォーク１，２の動作を監視する手段を備えている。以下、この点について説明する。
まず、一番内側に位置する下側用駆動軸５１１には、下側用回転モニタ８１が設けられている。図３は、下側用回転モニタ８１の構成について説明する平面概略図である。下側用回転モニタ８１は、下側用駆動軸５１１の回転角度を検出する磁気センサであり、下側用検出板８１１と、下側用磁気検出ヘッド８１２とから成っている。
【００５０】
下側用検出板８１１は、図３に示すように円盤状であり、下側用駆動軸５１１の下端部分に水平に取り付けられている。下側用検出板８１１の周縁には、図３に示すように同じ形の凹凸が等間隔に形成されている。凸部の先端には、不図示の磁石が設けられている。磁気検出ヘッド８１２は、凸部の先端から所定の短い距離離れた位置に設けられている。
【００５１】
下側用駆動軸５１１が回転すると、下側用検出板８１１も回転する。この際、磁気検出ヘッド８１２に対して、各凸部が順次接近する状態となる。磁気検出ヘッド８１２は、各凸部の接近を磁束密度の変化から読み取り、その回数によって下側用検出板８１１の回転角度をモニタするようになっている。このモニタの結果、下側用駆動軸５１１の回転角度、最終的には、下側フォーク１の前後運動の距離が監視されるようになっている。
【００５２】
また、図１に示すように、上側用駆動軸５２１、回転用駆動軸６１、第一被駆動ボールねじ７１３についても、同様に回転モニタ８２，８３，８４が設けられている。これらの回転モニタ８２，８３，８４の構成は、図３に示す下側用回転モニタ８１と同様なので、説明は省略する。これらの回転モニタ８１，８２，８３，８４により、二つのフォーク１，２の前後運動の距離、回転運動の角度、上下運動の距離が監視されるようになっている。
【００５３】
そして、この基板搬送ロボットは、不図示のマイクロコンピュータからなる制御部を備えており、各回転用モニタ８１，８２，８３，８４の検出信号は、この制御部に入力されるようになっている。制御部は、二つのフォーク１，２の原点位置を記憶するメモリを有しており、原点位置の情報と、入力された各回転用モニタの検出信号とから、各フォーク１，２の現在位置を監視できるようになっている。
【００５４】
次に、上記構成に係る本実施形態の基板搬送ロボットの全体の動作について説明する。基板搬送ロボットの初期状態では、各アーム３１，３２，４１，４２，３４，３５，４４，４５は収縮した状態であり、二つのフォーク１，２ともロボット中心軸Ａ上に位置している。まず、いずれか一方のフォーク１，２は、別の場所にある基板９を受け取って保持する動作について説明する。
【００５５】
まず、基板９のある場所の高さの位置に、いずれか一方のフォーク１，２（以下、一例として下側フォーク１）を位置させるため、二つの上下運動機構７１，７２の一方を駆動させる。下側フォーク１が基板９の高さの位置したら、ロボット中心軸Ａとその基板９の中心とを結ぶ水平な線の方向にフォーク基準方向が向くように回転用駆動源６２を動作させて回転運動を行う。この際も各アーム３１，３２，４１，４２は収縮状態であり、二つのフォーク１，２はロボット中心軸Ａ上にある。
【００５６】
ロボット中心軸Ａとその基板９の中心とを結ぶ水平な線の方向に基板９の中心とフォーク基準方向が向いたら、下側フォーク１が前進運動するよう、下側用駆動源５１２を駆動させる。下側フォーク１の前進距離は、下側フォーク１が基板９の下側に進入し、フォーク中心が基板９の中心と一致する（又は同一鉛直線上になる）よう設定される。そして、第一又は第二上下用駆動源７１５，７２４を動作させ、所定の短い距離だけ下側フォーク１を上昇させる。この結果、基板９は下側フォーク１の上に載った状態となる。
【００５７】
次に、このようにして保持した基板９を、別の場所に搬送する動作について説明する。
まず、下側用駆動源５１２を動作させ、下側フォーク１を上記基板９を受け取った位置から後退させる。後退の距離は、基板９の中心がロボット中心軸Ａに一致した位置となるよう設定される。基板９の中心がロボット中心軸Ａに一致するまで下側フォーク１が後退すると、次に、第一又は第二上下用駆動源７１５，７２４を動作させ、基板９を搬送して最終的に位置させるべき場所（以下、搬送場所）の高さの位置に下側フォーク１を位置させる。
【００５８】
そして、搬送場所とロボット中心軸Ａとを結ぶ水平な線の方向に下側フォーク１のフォーク基準方向が向くように、回転用駆動源６２を動作させる。搬送場所とロボット中心軸Ａとを結ぶ水平な線の方向に下側フォーク１のフォーク基準方向が向いたら、下側用駆動源５１２を動作させ、下側フォーク１を前進させて基板９を搬送場所まで搬送する。尚、上記動作において、高さを合わせる上下運動と方向を合わせる回転運動とは順序が逆であっても良いことは、勿論である。
【００５９】
上述したように、本実施形態の基板搬送ロボットは、基板９をフォーク１，２の上に載せて回転させる際、基板９の中心が回転の中心にほぼ一致した状態としている。このため、回転の際に基板９に加わる遠心力はほぼゼロである。従って、遠心力によって基板９がフォーク１，２上でずれたり、フォーク１，２から落下したりすることは、本実施形態では皆無である。
【００６０】
さらに、フォーク１，２の回転運動の際、フォーク１，２の基板９の中心がロボット中心軸Ａに一致する位置まで後退させるため、図２に示すように、最小回転半径ｒは、図４に示す場合に比べてかなり小さくなる。図２に示すように実施形態のロボットにおける最小回転半径ｒは、図４に示すように基板９の周縁によって決まるのではなく、アーム３１，３２，４１，４２，３４，３５，４４，４５の縁などによって決まっている。このように最小回転半径ｒが小さいと、限られた狭いスペースにおいてもロボットを配置して基板９の搬送を行うことができ、極めて実用性が高い。
そして、本実施形態のロボットは二つのフォーク１，２を備えているため、搬送の効率が良い。この二つのフォーク１，２が上下に配置されている点は、上述した「回転中心を越えてフォークを後退させる」という構成を可能にする重要な意義を有する。
【００６１】
本実施形態では、基板保持体としてフォーク１，２が使用されたが、「フォーク」という名称は、その形状から付されたものであって、これに限定されるものではない。ハンドと呼ばれたりエンドエフェクタと呼ばれることがある。基板保持体は基板９を保持できれば良いのであって、図２に示す以外の任意の構成を採用し得る。上面に基板９を載せて保持する以外にも、例えば基板９を左右の縁で挟んで保持するような構成でもよい。また、情報記録ディスク用の基板９では中央に円形の開口が設けられた形状である場合があり、このような場合には、基板９を垂直な姿勢にして開口の縁で保持する構成もあり得る。
【００６２】
また、基板保持体の数は、上述した二つには限られず、三つ又はそれ以上であってもよい。尚、上述した「回転中心を越えて基板保持体を後退させる」という構成のためには、同一水平面上で一つのみの基板保持体が配置されている点が有効であり、従って、複数の基板保持体の少なくとも二つが上下に配置されているという構成要件とすることも可能である。
【００６３】
尚、「同一水平面上で一つのみの基板保持体が配置されている」という限定が無くとも、「回転中心を越えてフォークを後退させる」という構成を達成することは可能である。例えば、一方のフォーク１，２を回転中心を越えて後退させる際、他方のフォーク１，２が一方のフォーク１，２よりさらに後退した位置に退避できるような機構にしておけばよい。但し、この場合、容易に理解できるように、水平方向でより広いスペースが必要になる欠点がある。
【００６４】
フォーク１，２を保持するアーム３１，３２，４１，４２，３４，３５，４４，４５の構成も、前述したものに限られるものではない。左右各二本で計四本のアーム３１，３２，４１，４２，３４，３５，４４，４５で一つのフォーク１，２を保持する構成の他、例えば左右各三本計六本のアームで一つのフォーク１，２を保持する構成でもよい。
【００６５】
各前後運動機構５１，５２の構成も、前述したものには限られない。前述した構成では、一つのフォーク１，２の前後運動のための駆動軸を一つにするため、左右の第二アーム３２，４２，３５，４５のうちの一方のアーム３２，４５のみに直接的に回転方向の力を加え、他方の第二アーム４２，３５はフリーの動きとした。しかし、左右双方の第二アーム３２，４２，３５，４５のそれぞれに駆動軸を設け、それらを互いに逆向きに回転駆動する構成によっても、前述したのと同様の前後運動を行わせることができる。但し、この場合には駆動軸が一つ増える（二つのフォーク１，２では二つ増える）ので、構造的に複雑になる欠点がある。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１記載の基板搬送ロボットによれば、フォークが複数設けられているため、搬送の効率が良い。また、一つの駆動軸の回転運動をフォークの前後運動に変更するので、構造的に簡略になるという効果が得られる。また、制動軸の回転によりフォークを回転運動させるので、この点で構造的に簡略になるという効果が得られる。
また、請求項２記載の基板搬送ロボットによれば、基板の中心を回転中心に一致させた状態で回転運動を行えるので、回転の際に基板に加わる遠心力を本質的にゼロにすることができる。このため、基板保持体上で基板がずれたり基板が落下したりする恐れを皆無にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施形態である基板搬送ロボットの正面断面概略図である。
【図２】図１に示す基板搬送ロボットの平面図である。
【図３】下側用回転モニタ８１の構成について説明する平面概略図である。
【図４】従来の基板搬送ロボットの問題点について説明する平面図であり、従来の基板搬送ロボットの一例として、特許第２７６１４号公報に示された機構を示している。
【符号の説明】
１  基板保持体としての下側フォーク
２  基板保持体としての上側フォーク
３１  アーム
３２  アーム
３３  関節部
３４  アーム
３５  アーム
３６  関節部
４１  アーム
４２  アーム
４３  関節部
４４  アーム
４５  アーム
４６  関節部
５１  下側用前後運動機構
５１１  下側用駆動軸
５１２  下側用駆動源
５２  上側用前後運動機構
５２１  上側用駆動軸
５２２  上側用駆動源
５３  制動軸
６  回転運動機構
６１  回転用駆動軸
６２  回転用駆動源
７１  第一上下運動機構
７２  第二上下運動機構
８１  回転モニタ
８２  回転モニタ
８３  回転モニタ
８４  回転モニタ
９  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0004359369.tif 000005