(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を搭載可能なハンドと、水平方向において互いに回転可能に連結され、前記ハンドを先端で支持する複数のアームと、前記複数のアームを回転させる駆動部と、を備え、
前記アームが、前記駆動部の動作を伝達する伝達機構と、前記伝達機構を収容するアームケースと、前記アームケースの上面に装着されるアームカバーと、を備えた水平多関節ロボットにおいて、
前記アームカバーが、前記アームケースが延在する方向に複数分割された複数のアームカバーからなり、
前記複数のアームカバーが、前記アームケースが延在する方向で互いに対向する部分において、前記基板の輻射熱を受けて加温されて膨張しても互いに接触しない程度の距離の隙間を有していること、
を特徴とする水平多関節ロボット。
【請求項２】
前記複数のアームカバーは、前記互いに対向する部分において、上面から見て互いに折り重なる部分が形成されていること、
を特徴とする請求項１記載の水平多関節ロボット。
【請求項３】
前記複数のアームカバーは、前記折り重なる部分において、垂直方向で対向する部分に垂直方向に離間する隙間がさらに形成されていること、
を特徴とする請求項２記載の水平多関節ロボット。
【請求項４】
前記複数のアームが、基端が前記駆動部に回転自在に連結された第１アームと、基端が前記第１アームの先端上部に回転自在に連結された第２アームと、前記第２アームの他端上に回転自在に連結され、前記ハンドを固定する第３アームと、から構成され、
前記第２アームのアームカバーのみが、前記第２アームが延在する方向に複数分割されること、
を特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の水平多関節ロボット。
【請求項５】
前記ハンドが、同一形状の第１ハンドと第２ハンドとから構成され、前記第１ハンドと前記第２ハンドとが前記第３アームの回転中心において１８０°対向するように設けられたこと、
を特徴とする請求項４記載の水平多関節ロボット。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の水平多関節ロボットを搭載したこと、
を特徴とする製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温の基板をハンドに搭載して搬送する水平多関節のロボットにおいて、基板の輻射熱によるアームの姿勢変化を極力小さくして基板を高精度に搬送できる構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や液晶の製造装置（以下、単に製造装置と記載する）において、半導体ウェハや液晶といった基板を搬送する際、一般的に水平多関節形の搬送ロボットが使用されている。水平多関節形のロボットは、互いに水平面において回転可能に連結された複数のアームと、これらアームを回転駆動させる駆動部と、最先端のアームに連結され、基板を搭載可能なハンドと、から構成され、駆動部によってアームを回転させることによってハンドを旋回・伸縮動作させ、ハンド上の基板を所望の位置へと搬送する。
図４は従来の水平多関節ロボットの構成を示している。（ａ）が上面図、（ｂ）がその側面図を示している。図４において、駆動部１はケーシング状に形成された駆動部で、複数のアームを回転駆動させる部分である。駆動部１の内部には図示しない回転型モータが配置されていて、各アームを回転駆動する。第１アーム１００は基端が駆動部１の上面で水平面において回転可能に支持されたアームである。第１アーム１００の先端上面には第２アーム２００の基端が水平面において回転可能に支持されている。第２アーム２００の先端上面には第３アーム３００が水平面において回転可能に支持されている。そして、第３アーム３００には基板５００を搭載可能なハンド４００が固定されている。ハンド４００は第３アーム３００の回転中心に対して１８０°対称な位置に同様な形状の２つのハンド（第１ハンド４００ａと第２ハンド４００ｂ）から構成されていて、その２つのハンドそれぞれで基板５００を搭載可能になっている。
図４（ｃ）（ｄ）は第１アーム１００あるいは第２アーム２００の構成を示す分解図である。ここでは第２アーム２００を示すものとして説明する。（ｃ）が上面図、（ｄ）が側断面図を示している。図のように第２アーム２００の筐体はケーシング状に形成されている（第２アームケース２０１）。その内部に第３アーム３００の姿勢制御のための伝達機構が収容されている。伝達機構はベルトとプーリによるものや、ギヤによるものが知られている。ここではベルトとプーリによるものを示している。第２アームケース２０１の上面には、伝達機構から発生する粉塵の飛散を抑えたり、伝達機構そのものを保護したりするため、伝達機構を覆うように薄板状のカバーが設けられている（第２アームカバー２１４）。第２アームカバー２１４は、第２アームケース２０１の上面を隙間無く覆うように薄板状に形成されていて、（ｃ）（ｄ）図では図示していない上記第３アーム３００を取り付ける部分のみ分割されている構成になっている。
以上の構成により、水平多関節ロボットは駆動部１によって第１アーム１００を所定量α°回動させたとき、第２アーム２００もその所定量（α°）だけ第１アーム１００の先端上で回動させることにより、第３アーム３００を所定量α°だけ第２アーム２００の先端上で回動することになり、第３アーム３００を第１アーム１００の回転中心から放射状の方向で伸縮させることができる。また、水平多関節ロボットは第１アーム１００、第２アーム２００、を同方向に回転させることによって各アームの相対的な姿勢を維持させながら、第１アーム１００の回転中心にて第３アーム３００及び基板５００を旋回させることができる。つまり、これら伸縮動作と旋回動作とによってハンド４００上の基板５００を所望の位置へと搬送する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、昨今の製造装置では、製造過程において基板を数百度（５００〜６００℃）に加熱する処理が行われることがあり、水平多関節ロボットがこのような高温基板を搬送することが多くなってきている。特に基板温度を数百度に上昇させる工程は、減圧状態にした真空チャンバ内で施されることが多いため、水平多関節ロボットは真空チャンバ内に設置されて高温基板を搬送することになる。基板を直接搭載するハンド４００は、他の部品に比して単純な平板状の形であるため、セラミックスなどで形成可能であり、高温基板が直接搭載されてもハンド４００自身は温度上さほど問題はなく、また、熱伝導率も比較的低いため、第１アーム１００、第２アーム２００へ基板の熱を急激に伝達させることもない。一方、第１アーム１００、第２アーム２００の筐体（ケース）を形成する母材は、内部に伝達機構などを収納するため、複雑な形状を余儀なくされており、そのためアルミニウムが主に使用されており、熱によって変形しやすいものとなっている。
このような状況で高温基板を搬送する際に、第１アーム１００や第２アーム２００が高温基板からの輻射熱によって急激に熱変形し、適切に基板を搬送できなくなるという問題が発生するようになってきた。つまり、水平多関節ロボットは、上述した伸縮動作の過程で、特に図４（ａ）のような停止姿勢を形成することが多く発生する。すなわち、第１ハンド４００ａに搭載された高温の基板５００が、第２アーム２００の上面と非常に近接した状態となる姿勢を形成する。このような姿勢においては、特に第２アーム２００の上面が高温基板の輻射熱を強く受ける。このとき、特に第２アームカバー２１４には輻射熱による急激な温度変化が起きる。その結果、第２アームカバー２１４は急激に熱膨張するが、第２アームケース２０１はカバーと温度差を生じているので、カバーが熱膨張するのに伴って、図５のように第２アームケース２０１が変形してしまう。すなわちバイメタルのような現象となり、第２アーム２００が変形する。この結果、基板の搬送精度は悪化し、さらにこの第２アーム２００の熱変形によって第２アームケース２０１の下面と第１アーム１００のカバーとが干渉し、水平多関節ロボットが動作不能に陥ることがある。
カバーの熱膨張による変形を抑えるには、ハンドに用いたセラミックスのように比較的熱膨張係数の小さな材質にすることも考えられるが、セラミックスは高価であり、割れやすい（脆い）特性を有している。特に、メンテナンスにおいて頻繁に開閉されるアームのカバーにセラミックスのような脆い材質を使うと、作業時において割れやすいという問題が発生する。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高温基板の輻射熱を受けてもアームを極力変形させることなく、常温基板を搬送している場合に近いアーム姿勢を維持しながら、高精度な基板搬送を実現することができる水平多関節ロボット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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、基板を搭載可能なハンドと、水平方向において互いに回転可能に連結され、前記ハンドを先端で支持する複数のアームと、前記複数のアームを回転させる駆動部と、を備え、前記アームが、前記駆動部の動作を伝達する伝達機構と、前記伝達機構を収容するアームケースと、前記アームケースの上面に装着されるアームカバーと、を備えた水平多関節ロボットにおいて、前記アームカバーが、前記アームケースが延在する方向に複数分割された複数のアームカバーからなり、前記複数のアームカバーが、前記アームケースが延在する方向で互いに対向する部分において、前記基板の輻射熱を受けて加温されて膨張しても互いに接触しない程度の距離の隙間を有していること、を特徴とする水平多関節ロボットとするものである。
請求項２に記載の発明は、前記複数のアームカバーは、前記互いに対向する部分において、上面から見て互いに折り重なる部分が形成されていること、を特徴とする請求項１記載の水平多関節ロボットとするものである。
請求項３に記載の発明は、前記複数のアームカバーは、前記折り重なる部分において、垂直方向で対向する部分に垂直方向に離間する隙間がさらに形成されていること、を特徴とする請求項２記載の水平多関節ロボットとするものである。
請求項４に記載の発明は、前記複数のアームが、基端が前記駆動部に回転自在に連結された第１アームと、基端が前記第１アームの先端上部に回転自在に連結された第２アームと、前記第２アームの他端上に回転自在に連結され、前記ハンドを固定する第３アームと、から構成され、前記第２アームのアームカバーのみが、前記第２アームが延在する方向に複数分割されること、を特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の水平多関節ロボットとするものである。
請求項５に記載の発明は、前記ハンドが、同一形状の第１ハンドと第２ハンドとから構成され、前記第１ハンドと前記第２ハンドとが前記第３アームの回転中心において１８０°対向するように設けられたこと、を特徴とする請求項４記載の水平多関節ロボットとするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５いずれかに記載の水平多関節ロボットを搭載したこと、を特徴とする製造装置とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
以上、本発明によると、高温基板からの輻射熱によるアームカバーの急激な熱膨張による影響を抑えることができるとともに、アーム内部の伝達機構からの発塵がアーム外部に飛散することを抑えることができる。従って、アームの姿勢変化を極力抑えることができ、高精度でクリーンな基板搬送を行える水平多関節ロボットを構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図３は本発明の水平多関節ロボットのアーム部の側断面図を示している。
図１において、１００は駆動部１により回転する第１アーム１００である。第１アーム１００はケース状に形成された第１アームケース１０１と、その内部に収容されている第１ベルト１１１、第１プーリ１１２、第２プーリ１１３と、そして第１アームカバー１１４とから構成されている。第１アームケース１０１の基端側下面が駆動部１の第１駆動軸１ａと接続されていて、第１駆動軸１ａの回転によって第１アームケース１０１は回転する。第１アームケース１０１の基端側内部には第１プーリ１１２が第２駆動軸１ｂと接続されていて、第２駆動軸１ｂの回転によって回転する。第１アームケース１０１の先端側内部には第２プーリ１１３が第１アームケース１０１に対して回転可能に設けられている。第２プーリ１１３と第１プーリ１１２との間には第１ベルト１１１が巻装されていて、第２駆動軸１ｂの回転力が伝達されている。これら第１プーリ１１２、第１ベルト１１１、第２プーリ１１３を覆うように第１アームカバー１１４が第１アームケース１０１に対して固定されている。
第２アーム２００はケース状に形成された第２アームケース２０１と、その内部に収容されている第３プーリ２１２、第２ベルト２１１、第４プーリ２１３と、そして第２アームカバー２１４とから構成されている。第２アームケース２０１の基端側下面が第２プーリ１１３と接続されていて、第２プーリ１１３の回転に伴って第２アームケース２０１が回転する。第２アームケース２０１の基端側内部には第３プーリ２１２が第１アームケース１０１から立設された固定シャフトに固定されている。第２アームケース２０１の先端側内部には第４プーリ２１３が第２アームケース２０１に対して回転可能に設けられている。第３プーリ２１２と第４プーリ２１３との間には第２ベルト２１１が巻装されている。これら第３プーリ２１２、第２ベルト２１１、第４プーリ２１３を覆うように第２アームカバー２１４が第２アームケース２０１に対して固定されている。
第４プーリ２１３の上部には第３アーム３００が固定されていて、第３アーム３００にはハンド４００が固定されている。ハンド４００は従来技術で説明したような第１ハンド４００ａと第２ハンド４００ｂとから構成されているものが固定されている。
なお、前記第１ベルト１１１、第２ベルト２１１の張力調整用として、第１アームケース１０１、第２アームケース２０１の内部に、アイドラが単数または複数設置されることもある。
【０００８】
以下、特にアームの熱変形を抑制する構造について説明する。図１は本発明の水平多関節ロボットの上面図を示している。図１のように、本発明では上述した第２アーム２００の第２アームカバー２１４が複数分割されたものによって構成されている。
図２（ａ）が第２アーム２００のみを上面から見た図である。なお、カバー固定ネジ２１５は第２アームカバー２１４の各カバーを第２アームケース２０１に対して固定するネジである。図のように、本実施例では第２アームカバー２１４が２１４ａ〜ｆのように合計６枚のカバーに分割されている。これらカバーは第１アームケース１０１、第２アームケース２０１と同様なアルミニウムで形成されていて、各カバーはすべて同じ材質である。そして、特に第２アームカバー２１４の延在方向の基端側の略半分が第２アーム２００の延在方向に２１４ａ〜２１４ｄのように多数分割されている。この分割部分の数は第２アーム２００の延在方向の長さによって適宜変更されるが、上述したように水平多関節ロボットが第３アーム３００及びハンド４００を伸長動作させたときに第１ハンド４００ａ上の高温な基板５００と高さ方向および水平方向で非常に近接する位置に配置するのが最適である。しかし、アームカバーを分割することは、アームの強度維持の観点からみると、強度を低下させるものである。本実施例では第２アームケース２０１が基板５００と最も近接する箇所のみに分割部分を設けることによって、アームの強度が低下することを防いでいる。
図２（ｂ）は第２アームカバー２１４を側面から見た図を示している。同図のように、複数に分割された第２アームカバー２１４の各々は、第２アーム２００が延在する方向（図の矢印の方向）の端部において、隣接するカバーと互いに折り重なる部分が形成されている。この折り重なる部分は、第２アームカバー２１４を上面から見たとき、第２アームケース２０１の内部が見えないように形成されている。すなわち、第２アームカバー２１４ａの第２アーム２００先端側の辺には上面から１段下がった段差が設けられていて、この段差に第２アームカバー２１４ｂの第２アーム２００の基端側の辺の一部が重なるように設けられる。一方、第２アームカバー２１４ｂの第２アーム２００の先端側の辺の一部は上面から１段下がった段差が設けられていて、第２アームカバー２１４ｃの第２アーム２００の基端側の辺の一部が重なるように設けられる。第２アームカバー２１４ｃ、第２アームカバー２１４ｄ以降も同様に折り重なる部分が形成されている。
そしてこの折り重なる部分において、各カバーが水平方向で対向する部分には水平方向隙間２１６が形成されている。水平方向隙間２１６は各カバーが高温になって膨張したときでも互いに接触しない程度の隙間である。つまり、ロボットが搬送する基板５００の熱によって各カバーが加温される最高温度になっても、各カバーが互いに接触しない水平方向隙間２１６が形成されている。
このように、高温基板の輻射の影響を特に大きく受ける第２アームカバー２１４のカバーを細かく分割し、各カバーの水平方向で対向する部分に水平方向隙間２１６を形成すると、輻射熱で高温になった各カバーが膨張して第２アーム２００の延在方向に延びても水平方向隙間２１６が狭くなるだけで、従来のように第２アームケース２０１に熱変形の力が作用しない。従ってカバーの変形によるアーム姿勢変化を最小限に抑えることが可能である。その結果、高精度な搬送を続けることが可能となる。
また、各カバーを上面から見て互いに折り重なるように形成することで、プーリやベルトのような伝達機構から発生する粉塵がアーム外部に飛散することを防ぐことが可能となる。
【０００９】
上述した互いに折り重なる部分は、図２（ｂ）のようなもののほか、同図（ｃ）〜（ｇ）のように形成してもよい。（ｃ）は折り重なる部分において、垂直方向に対向する部分にも垂直方向隙間２１７が形成されている。（ｄ）、（ｅ）は隣接するカバーのどちらか一方が他方よりも厚く形成されていて、他方に段差は無く、一方のみに他方と折り重なる段差が設けられている場合を示している。（ｆ）、（ｇ）は、（ｄ）、（ｅ）のそれぞれの場合にさらに（ｃ）のように、折り重なる部分において、垂直方向に対向する部分にも垂直方向隙間２１７が形成されている場合を示している。
【００１０】
このように、本発明では特に第２アーム２００において基板からの輻射熱の影響が大きい第２アームカバー２１４を分割化し、且つアームの上面からアーム内部が直接見えないような、互いに折重なった構造を形成させることにより、熱膨張によるアーム変形、姿勢変化を抑制するとともに、アーム内部の機構から外部への粉塵の飛散も抑えることができる。また、熱膨張係数の大きな材質、例えばアルミニウム（またはアルミニウム合金）でもアームカバーを構成することが可能であり、安価にアームを構成することができる。
【００１１】
なお、上記の伝達機構の形態、アームの数、分割部分の適用箇所及び分割数は、上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、伝達機構はギヤやリンクによるものであってもよい。また、例えばアームの数については、上記第２アームと上記第３アームとの間に第２アームと同様なアームをさらに備えたもので、当該第３アームのカバーに本発明を適用してもよい。また、例えば分割部分の適用箇所は、第１アームカバー１１４にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の水平多関節ロボットを示す上面図
【図２】本発明の水平多関節ロボットの第２アームを示す図
【図３】本発明の水平多関節ロボットのアーム部分の側断面図
【図４】従来の水平多関節ロボットを示す図
【図５】熱によるアームの変形を示すアームの側面図
【符号の説明】
【００１３】
１     駆動部
１ａ   第１駆動軸
１ｂ   第２駆動軸
１００ 第１アーム
１０１ 第１アームケース
１１１ 第１ベルト
１１２ 第１プーリ
１１３ 第２プーリ
１１４ 第１アームカバー
２００ 第２アーム
２０１ 第２アームケース
２１１ 第２ベルト
２１２ 第３プーリ
２１３ 第４プーリ
２１４ 第２アームカバー
２１５ カバー固定ネジ
２１６ 水平方向隙間
２１７ 垂直方向隙間
３００ 第３アーム
４００ ハンド
４００ａ      第１ハンド
４００ｂ      第２ハンド
５００ 基板
【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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