(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的物の上面の台座から延びるフランジ付きハンドルを有する目的物に係合する係合デバイスであり、この係合デバイスは、以下の構成を備える：
下面に円形の開口が設けられているハウジングであって、前記ハウジングは開口に沿った内方へ向く唇部を備え；および
垂直軸まわりを回転するように前記ハウジング内に回転可能に配置されている掴み要素であって、前記掴み要素はハウジング内で前記唇部の上位に配置され、前記唇部により支持されることが可能であり、第１の配置方位においては、前記フランジが通過できる形態の内方に向いた縁部を有し、さらに、前記ハウジング内で前記掴み要素が第２の配置方位に回転すると前記内方へ向いた縁部で前記フランジを支持し、これを摩擦固定する構造形態になっている受け部を含む前記掴み要素であって、前記ハウジングに支持されるもの。
【請求項２】
前記ハウジングは、さらに、前記ハウジングの下面の前記開口にそった内方へ向く環状の唇部を備えている請求項１の係合デバイス。
【請求項３】
前記掴み要素は、前記ハウジング内で前記唇部の上位に配置され、前記唇部により支持されるようになっている請求項２の係合デバイス。
【請求項４】
前記第２の配置方位は、前記第１の配置方位から４５°になっている請求項２の係合デバイス。
【請求項５】
前記フランジは、多角形形状のもので、前記受け部は、前記フランジの一辺よりも長くなっている対応する多角形の開口を有している請求項１の係合デバイス。
【請求項６】
前記多角形の形状は、四角形である請求項５の係合デバイス。
【請求項７】
前記縁部は、前記多角形の開口の周辺外側で前記掴み要素の一部により区画されている請求項５の係合デバイス。
【請求項８】
前記フランジは、クラウンの一部であり、このクラウンは、ステム部分と前記フランジにより構成された張り出し部とを備え、前記縁部は、前記掴み要素が回転されたとき、前記張り出し部の下側になるようになっている請求項６の係合デバイス。
【請求項９】
前記掴み要素は、さらに、複数のたわみ腕を備え、該腕は、前記掴み要素の外周部に取り付けられている請求項４の係合デバイス。
【請求項１０】
前記たわみ腕は、弾性を有する請求項９の係合デバイス。
【請求項１１】
前記クラウンは、前記目的物に取り付けられていて、前記たわみ腕は、前記目的物からの下向きの力により変形するようになっている請求項１０の係合デバイス。
【請求項１２】
前記たわみ腕は、前記掴み要素が前記第２の配置方位において前記フランジに係合するとき、前記唇部に摩擦作用で前記唇部に固定されるように変形する請求項１１の係合デバイス。
【請求項１３】
さらに前記たわみ腕に取り付けられ、前記掴み要素を回転するように作動するアクチュエータを備える請求項９の係合デバイス。
【請求項１４】
前記アクチュエータが前記掴み要素を回転できなくなるような前記目的物からの力によって前記掴み要素が摩擦固定される請求項１３の係合デバイス。
【請求項１５】
前記目的物は、慣性力を有し、この慣性力により前記アクチュエータが前記掴み要素を回転できなくなる請求項１３の係合デバイス。
【請求項１６】
前記目的物は、半導体ウエファーのポッドである請求項１１の係合デバイス。
【請求項１７】
目的物の上面の台座から延びるフランジ付きハンドルを有する目的物を掴む、掴みデバイスであり、この掴みデバイスは、以下の構成を備える：
ハウジング、該ハウジングに形成された開口及び前記ハウジングの下面の前記開口にそって設けられた内向き唇部；および
以下の構成を備える掴み要素：
ハウジング内で、前記唇部の上位に配置の周縁のリムであり、前記唇部により支持されるサイズになっている該リム；
前記掴み要素内に形成され、前記目的物のフランジを受けて支持する受け部；及び
前記受け部の上位で、前記リムに取り付けられた弾性支持構造体であり、前記掴み要素により支持された前記目的物からの下向きの力に対して反対の持ち上げ力が作用すると、たわむように作用し、これによって、前記掴み要素が前記ハウジングの前記内方へ向いた唇部に摩擦・固定するように着座することになる前記弾性支持構造体。
【請求項１８】
前記弾性支持構造体は、複数のたわむ腕を備え、これらは、前記周縁リムの上位部分に取り付けられている請求項１７の掴みデバイス。
【請求項１９】
前記複数のたわむ腕は、前記掴み要素の中央領域で交わる請求項１７の掴みデバイス。
【請求項２０】
ホイスト装置に取り付けられるアタッチメント機構をさらに備える請求項１７の掴みデバイス。
【請求項２１】
目的物の上面の台座から延びるフランジ付きハンドルを有する目的物を掴む、掴みデバイスであり、この掴みデバイスは、以下の構成を備える：
ハウジング、該ハウジングに形成された開口及び前記ハウジングの下面の前記開口にそって設けられた内向き唇部；
前記ハウジング内で前記唇部の上側に回転可能に配置されて、前記唇部に支持される掴み要素で、以下の構成を備える前記掴み要素：
第１の配置方位においては、前記フランジが通過できる形態の内方に向いた縁部を有し、さらに、前記ハウジング内で前記掴み要素が第２の配置方位へ回転すると、前記内方へ向いた縁部で前記フランジを支持する形態になっている受け部、前記ハウジング内で、前記唇部の上位に配置の周縁のリムであり、前記唇部により支持されるサイズになっている該リム、
及び
前記受け部の上位で、前記リムに取り付けられた弾性支持構造体であり、前記掴み要素により支持された前記目的物からの下向きの力に対して反対の持ち上げ力が作用すると、たわむように作用し、これによって、前記掴み要素が前記ハウジングの前記内方へ向いた唇部に摩擦・固定するように着座することになる前記弾性支持構造体。
【請求項２２】
以下からなるペイロードに係合する方法：
内部空間を有し、下面に唇部が付与されたハウジングを用い；
前記ハウジングの内部に開口を有する回転可能な掴み要素を配置し；
ペイロードに取り付けられ、前記開口を介して配置されるフランジを設け；
前記ハウジングを前記ペイロード側へ下降させて、前記フランジが前記開口を通過するようにし；
前記回転可能な掴み要素を垂直軸まわりで回転させて、前記開口の縁部を前記フランジに係合させ；そして
前記ハウジングの引き上げにより前記唇部が前記回転可能な掴み具に接触し、これを支持し、摩擦固定するものである。
【請求項２３】
前記内部空間が円形である請求項２２の方法。
【請求項２４】
前記開口が多角形である請求項２３の方法。
【請求項２５】
前記フランジが前記開口よりも短い側辺をもつ多角形である請求項２４の方法。
【請求項２６】
前記多角形が四角形である請求項２５の方法。
【請求項２７】
前記回転工程で前記掴み要素を４５°回転させる請求項２２の方法。
【請求項２８】
前記内部空間は、前記内部空間の周縁に沿っている唇部を有し、前記引き上げにより前記唇部が前記回転可能な掴み要素に接触し、これを支持し、摩擦固定する請求項２２の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願の相互参照事項）
この出願は、１９９９年２月１７日に出願のエイス−ターン・グリッパと題する米国仮出願第６０／１２０，３４６号の優先権を３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（Ｅ）条に基づき主張するもので、これの記述をここに参考記述として組み入れるものである。
【０００２】
（連邦政府支援の研究又は開発に関する声明）
適用なし。
【０００３】
（発明の背景）
種々の製品を製造設備にそって搬送するロボット機構デバイスは、既知のものである。半導体ウエファー製造作業においては、ロボット機構デバイスを用いて、半導体ウエファーを収納したカセット類のような搬送体を半導体製造工程の種々の段階にわたり搬送するようにしている。これらのカセット類又はポッド類（格納体）は、前記のようなロボット機構デバイスにより頻繁に持ち上げられ、移動される。一つの形式のポッドには、該ポッドの上面にハンドル又はクラウンが設けられていて、オーバーヘッド・ロボットアームがこれを掴むことができるようになっている。このクラウンには、ステムに取り付けられたプレートが含まれている。このプレートは、前記ステムの側方へ張り出し、前記ロボットアームが掴むフランジを形成している。
【０００４】
半導体製造作業には、汚染されていない環境又はクリーンルームが一般的に要求される。機械的な摩耗及び潤滑剤により発生する粒状の汚染物は、クリーンルーム環境においては、除去される。したがって、クリーンルームにおいて使用されるロボット機構デバイスは、粒状汚染物の元凶となる可動及び被駆動部分をなくしている。
【０００５】
さらに、ウエファーのポッド類は、多数のウエファー製品を共通のペイロード要素に集めるものである。パワー不足や操作者の失敗などにより、ウエファーのポッドをぶつけたり、振動させたり、落としたりすると、多大のペイロード損失を来すことになる。また、スペース効率の点からみると、クリーンルームのロボット機構には、ポッドへ横合いから接近することが必要になるような配置に依存するようにしてはならない。
【０００６】
したがって、パワー不足や操作者の失敗があってもポッドのペイロードに耐え、さらに、隣り合うロボット機構に位置的拘束を与えずにポッドへ上方から接近できる可動パーツをロボット機構デバイスに付与することが有利になる。
【０００７】
ウエファーのポッドを操作するデバイスは、搬送用のポッドの上部におけるフランジを受け部で受けて、該ポッドに係合し、四角な開口を有する円形のディスクを回転するもので、この回転により、前記ディスクの縁部が前記フランジの張り出し部の下側に位置するようになる。前記円形のディスクが引き上げられると、前記縁部が前記フランジの張り出し部に接触し、前記ポッドを引き上げる。前記円形のディスクは、前記円形のディスクの周縁にスライド係合する唇部をもつハウジング内におかれる。前記ハウジングの上部のアクチュエータが前記ディスクを回転させて、前記フランジに係合させる。前記ハウジングが引き上げられるにつれ、前記円形のディスクの周縁は、前記唇部に着座し、前記ポッドが外れてしまうようなパワー不足や回転失敗があっても、前記円形のディスクにしっかり当接し、これを支持する。
【０００８】
半導体ウエファーのポッド（格納体）２８のような上面にハンドルをもつ対象物の掴み装置１０が設けられる。該掴み装置は、ロボット式ホイスト装置（図示しない）の代表的なパーツであり、該ホイスト装置は、前記上面におけるハンドルを介して前記対象物を掴み、前記対象物を各種の搬送方法により他の場所へ移し、前記対象物をこの新たな目的場所で釈放するようになっている。前記掴み装置は、単独のアクチュエータを用いて前記ハンドルのフランジに係合し、動き合うパーツ同士における摩擦をなくして摩耗を防ぎ、クリーンルーム状態に合わせるようにすることができるようになっている。一旦係合すると、前記ハンドルは、前記掴み装置により摩擦固定および支持され、力不足や意図されないアクチュエータの動作が生じても前記キャリヤは前記掴み装置から外れることがない。
【０００９】
図１を参照すると、掴み装置１０は、分解して示されている。この掴み装置には、ハウジング１２と掴み要素１８とが含まれている。該ハウジングは、概ねプレート状のもので、上面と下面とを有している。前記ハウジングは、輪郭が六角形のものとして図示されているが、このハウジングの輪郭は、所望により他の形状のものでもよい。前記ハウジングには、下面側に円形の開口があり、上面から下面にかけてほぼ円形の内側空間が設けられている。前記下面の面にそうか、または前記下面の面近くには、前記内側空間に向く環状の唇部１６が設けられており、この唇部で前記掴み要素を支持する。
【００１０】
掴み要素１８は、唇部１６の上にのり、円形の前記内側空間１４内をスライドしながら回転できるサイズになっている。前記掴み要素には、円形のリム１９と下位プレート２１とが含まれ、この下位プレート２１は、図２ｂによく図解されているように、四角形又は実質的に四角形の開口２０を有している。この四角形の開口の各片に隣合う下位プレートの部分部分は、後記するように、支持縁部又は支持肩部３２を形成する。前記掴み要素には、また、４本のたわみ腕２２が含まれ、これら腕は、前記掴み要素の中央で交わっている。アタッチメントデバイス又は突出部２３が前記交点に設けられ、前記掴み要素を回転させるモータ又は他のアクチュエータと連結するようになっているもので、この点についても後記する。
【００１１】
前記四角な開口２０は、ポッド（格納体）２８に取り付けられたクラウン２６のフランジ２４よりも僅かに大きくなっている。ハウジング１２がホイスト装置（図示しない）よりクラウン２６の頂面へ降ろされると、フランジ２４が前記四角の開口２０の上位にある受け部３０へ入りこむ。ついで、前記掴み装置１８を４５°又は３６０°の１／８回転させると、掴み要素１８の縁部３２がフランジ２６の張り出し部３６の下側に位置するようになる。ハウジング１２を引き上げると、前記唇部１６が円形のディスク１８を支持し、縁部３２が張り出し部３６の下面に当接し、クラウン２６のフランジ２４とステム３４を介して取り付けたポッド２８とを支持する。
【００１２】
図２ａと図２ｂとを参照すると、ハウジング１２と掴み要素１８との上面が示されている。掴み要素１８は、前記ハウジングの円形の内部空間１４の直径よりも僅かに小さな直径のものであるが、前記唇部１６の直径よりも僅かに大きい直径になっている。このようにして、円形のディスク１８は、内部空間１４内において前記唇部１４にそってスライド回転するようになる。
【００１３】
図３ａと図３ｂとを参照すると、掴み要素１８がフランジ２４を受けて係合する状態が示されている。図３ａにおいては、角形の開口２０にフランジ２４が納まっている。前記四角の開口２０の各辺は、フランジ２４の各辺よりも僅かに長く、フランジ２４が前記開口２０を経て前記掴み要素１８の内部空間で区画される受け部３０に入りこむ。フランジ２４が前記受け部３０内に完全に入りこむと、縁部３２とステム３４との間には十分なクリアランスが生じ、前記掴み部材１８を回転すると、縁部３２が張り出し部３６により区画される領域におけるポッド２８とフランジ２４との間に入りこむ。フランジ２４と取り付けられたポッド２８とは、掴み要素１８とハウジング１２とにより引き上げられる（図１）。
【００１４】
前記掴み要素の動作を図４ａから図４ｃを参照して、さらに記載する。前記ハウジング１２は、ホイスト装置（図示されていない）により下降され、上記したように、クラウン２６と受け部３０に納めまっている前記フランジに達する。前記掴み要素１８は、唇部１６にスライド可能に着座するか、または、唇部１６の僅か上に離れて位置する。前記掴み要素の縁部３２は、点線３２ａで示す位置に整列し、前記フランジが前記四角の開口２０を通過できるようになっている。
【００１５】
前記フランジが完全に納まると、ホイスト装置に取り付けられているアクチュエータ４０が前記アタッチメント開口２３を介して前記たわみ腕２２を経て前記掴み要素１８を回転させる。前記アクチュエータは、ステッパモータ、ブラシレスＤＣモータ又はロータリーソレノイドのようなクリーンルーム内操作に適した適当なデバイスでよい。前記アクチュエータのサイズ及びパワーは、後記するように、前記フランジと前記ポッドにより加わる下向きの力による前記フランジ２４、掴み要素１８及び唇部１６の間の摩擦に負けて前記掴み要素１８を回転できず、したがって、前記ポッド２０を釈放できない程度のものから選択される。前記縁部は、張り出し部３６により区画された領域においてフランジ２４とポッド２８との間に来ている。前記縁部３２は、点線３２ｂで示す位置に整列する。
【００１６】
図４ｃにおいては、搬送デバイスが前記ハウジング１２とアクチュエータ４０とを持ち上げる。点線３２ｂに示される位置にそのまま位置している前記縁部３２は、張り出し部３６におけるフランジ２４の下面に当接する。前記掴み要素１８は、前記フランジ２４と前記取り付けられたポッド２８との重量を受けるので、前記たわみ腕２２は、わずかにたわみ、前記掴み要素１８は、前記唇部１６に当接し、これに乗るようになる。前記ハウジングは、前記ホイスト装置により引き続いて引き上げられる。前記唇部１が前記ポッドの重量を受けるので、前記唇部と前記掴み要素１８との間の摩擦で、ポッドが脱落するようなアクチュエータの動作事故におけるような望ましくない回転が阻止される。同じような摩擦で張り出し部３６２を縁部３２に落ち着かせる。
【００１７】
代替の実施の態様においては、前記円形のディスクの回転により前記円形のディスクの前記縁部が前記フランジによる前記張り出し部領域にしっかり係合するものであれば、前記フランジと開口とを四角形以外の多角形のものにすることもできる。
【００１８】
当業者であれば、さらに、半導体ウエファーのポッドを掴む上記の方法と装置の変形ならびにモディフィケーションをここに記載の発明コンセプトから逸脱することなく行うことができるものである。したがって、この発明は、添付の請求の範囲及び精神によってのみ限定されるべきものと考えれるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による上位フランジをもつ搬送体と関連の掴みデバイスの分解展開図。
【図２ａ】図１の掴みデバイスのハウジングの上面図。
【図２ｂ】図１の掴みデバイスの掴み要素の斜視図。
【図３ａ】前記フランジを受ける掴み要素の上面図。
【図３ｂ】前記フランジに係合した掴み要素の上面図。
【図４ａ】前記フランジを受ける前記ハウジングの側面図。
【図４ｂ】前記フランジに係合の前記ハウジングの側面図。
【図４ｃ】前記搬送体を持ち上げる前記ハウジングの側面図。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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