JP2020009818A - 産業用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】設置面積を小さくすることができる産業用ロボットを提供する。【解決手段】産業用ロボット１は、ハンド１０と、アーム２０と、アーム支持部２３と、昇降機構３０とを備え、昇降機構３０は、送りねじ軸３２と、支柱部３３と、を含み、上下方向に延びる直動ガイド３１と、モータ３５と、モータ３５の回転を送りねじ軸３２に伝達する回転伝達機構４０と、を有し、回転伝達機構４０は、モータ３５によって回転される入力回転部材４１と、送りねじ軸３２の下端部に取り付けられる出力回転部材４３と、入力回転部材４１から出力回転部材４３に伝達される回転を減速する少なくとも一つの中継回転部材４２と、を有し、直動ガイド３１及び出力回転部材４３を上下方向に見た場合に、出力回転部材４３は、直動ガイド３１によって覆われるガイド領域Ｂ内に設けられている。【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウエハ等の搬送対象物を搬送する産業用ロボットに関する。

特許文献１に記載された産業用ロボットは、半導体ウエハを搬送するロボットであり、半導体製造システムに組み込まれて使用される。半導体製造システムには、複数枚の半導体ウエハが上下方向に離間して収容されているカセットと、半導体ウエハに対してエッチング等の処理を行う処理装置とが設けられており、ロボットは、カセットから半導体ウエハを順に取り出し、取り出した半導体ウエハを処理装置に搬送する。このロボットは、半導体ウエハが載るハンドと、ハンドを水平面内で移動させるアームと、アーム支持部材を昇降させる昇降機構とを備える。

特開２０１７−１２７９５６号公報

アーム支持部材を昇降させる昇降機構には、例えばボールねじ機構が用いられ、そのような昇降機構は、一般的には、モータと、モータの回転軸に取り付けられる入力プーリと、ボールねじ機構のねじ軸に取り付けられる出力プーリと、入力プーリと出力プーリとの間に架け渡されるベルトとを備える。モータの回転は、入力プーリと出力プーリとの間で適宜減速されてねじ軸に伝達される。モータの回転数等にもよるが、必要な減速比を得るために出力プーリが比較的大径となる場合がある。この場合に、ロボットの設置に要する設置面積が増大する虞がある。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、設置面積を小さくすることができる産業用ロボットを提供することを目的とする。

本発明の一態様の産業用ロボットは、搬送対象物を保持するハンドと、前記ハンドを水平面内で移動させるアームと、前記アームを回動可能に支持するアーム支持部と、前記アーム支持部を昇降させる昇降機構と、を備え、前記昇降機構は、送りねじ軸と、前記送りねじ軸を支持する支柱部と、を含み、上下方向に延びる直動ガイドと、モータと、前記モータの回転を前記送りねじ軸に伝達する回転伝達機構と、を有し、前記回転伝達機構は、前記モータによって回転される入力回転部材と、前記送りねじ軸の下端部に取り付けられる出力回転部材と、入力側の大径部と、出力側の小径部とを含み、前記入力回転部材から前記出力回転部材に伝達される回転を減速する少なくとも一つの中継回転部材と、を有し、前記直動ガイド及び前記出力回転部材を上下方向に見た場合に、前記出力回転部材は、前記直動ガイドによって覆われるガイド領域内に設けられている。

本発明によれば、設置面積を小さくすることができる産業用ロボットを提供することができる。

本発明の実施形態を説明するための、産業用ロボットの一例の正面図である。 図１の産業用ロボットの平面図である。 図１の産業用ロボットの動作の一例を示す模式図である。 図１の産業用ロボットの動作の一例を示す模式図である。 図１の産業用ロボットの動作の一例を示す模式図である。 図１の産業用ロボットの動作の一例を示す模式図である。 図１の産業用ロボットの回転伝達機構の一例の正面図である。 図４の回転伝達機構の底面図である。

（産業用ロボットの全体構成）
図１及び図２は、本発明の実施形態を説明するための、産業用ロボットの一例を示す。産業用ロボット１（以後、「ロボット１」と言う。）は、搬送対象物としての半導体ウエハ２を搬送するための水平多関節ロボットである。ロボット１は、ウエハ２を保持するハンド１０と、ハンド１０を水平面内で移動させるアーム２０と、アーム２０を昇降させる昇降機構３０とを備える。

ハンド１０は、ウエハ２が載置される平板状のエンドエフェクタ１１を有する。ウエハ２は、例えばエッジグリップ、吸着等によってエンドエフェクタ１１上で固定されてもよいし、固定されずにエンドエフェクタ１１に載置されるだけでもよい。また、エンドエフェクタ１１は、一つに限られず、上下方向Ｚに適宜な間隔をあけて複数設けられていてもよい。

アーム２０は、第１アーム部２１と、第２アーム部２２とを有する。第１アーム部２１の先端部は、ハンド１０を水平面内で回動可能に支持している。第２アーム部２２の先端部は、第１アーム部２１の基端部を水平面内で回動可能に支持している。第２アーム部２２の基端部は、アーム支持部２３によって水平面内で回動可能に支持されている。アーム２０は、第２アーム部２２の基端部を通って上下方向Ｚに延びる回動軸ｚを中心に回動可能であり、且つ第２アーム部２２に対する第１アーム部２１の回動と、第１アーム部２１に対するハンド１０の回動とが組み合わされることによって、回動軸ｚを中心とする径方向にハンド１０を進退させるように屈伸可能である。アーム支持部２３には、第２アーム部２２を回動させるモータ、第１アーム部２１を回動させるモータ、及びハンド１０を回動させるモータが設けられている。

昇降機構３０は直動ガイド３１を有し、直動ガイド３１は、送りねじ軸３２と、支柱部３３と、一対のガイドレール３４とを含む。送りねじ軸３２は、上下方向Ｚに延びて配置されている。支柱部３３は、送りねじ軸３２と平行に上下方向Ｚに延びて配置されており、送りねじ軸３２を回転可能に支持している。一対のガイドレール３４は、送りねじ軸３２を間に挟んで送りねじ軸３２と平行に上下方向Ｚに延びて配置されており、支柱部３３に固定されている。アーム支持部２３には、送りねじ軸３２に螺合するナット部材２４と、一対のガイドレール３４に係合する一対のスライダ２５とが設けられている。アーム支持部２３は、送りねじ軸３２の回転に応じ、送りねじ軸３２に沿って上下移動される。

昇降機構３０は、モータ３５と、回転伝達機構とをさらに有する。支柱部３３の下端部には、ベース部３６が設けられており、モータ３５と、回転伝達機構とは、ベース部３６に組み付けられている。モータ３５の回転は、回転伝達機構によって減速されて送りねじ軸３２に伝達される。これにより、送りねじ軸３２が回転され、アーム支持部２３が送りねじ軸３２に沿って上下移動され、アーム２０が昇降される。モータ３５は、上下移動されるアーム支持部２３と干渉しないよう、アーム支持部２３の下方から外れて配置されている。回転伝達機構については後述する。

（産業用ロボットの動作）
図３Ａ〜図３Ｄは、ロボット１の動作を示す。ロボット１は、半導体製造システムに組み込まれて使用される。半導体製造システムには、複数枚のウエハ２が上下方向Ｚに離間して収容されているカセット３と、ウエハ２に対してエッチング等の処理を行う処理装置４とが設けられている。本例では、カセット３は、水平面内の第１方向Ｘにロボット１と隣り合って配置されており、処理装置４は、第１方向に略垂直な水平面内の第２方向Ｙにロボット１と隣り合って配置されている。

図３Ａに示すように、ロボット１は、モータ３５を駆動して送りねじ軸３２を回転させ、カセット３に収容されている複数のウエハ２のうちの搬送対象のウエハ２に対応する位置までアーム２０を昇降させる。そして、ロボット１は、アーム２０を第１方向Ｘに沿って伸ばし、カセット３に収容されているウエハ２をハンド１０によって保持する。ウエハ２をハンド１０によって保持した後、図３Ｂに示すように、ロボット１は、アーム２０を屈折させ、ウエハ２をカセット３から取り出す。

次いで、図３Ｃに示すように、ロボット１は、アーム２０が屈折された状態で、アーム２０を回動軸ｚまわりに略９０°回動させ、ハンド１０を処理装置４側に向ける。そして、ロボット１は、モータ３５を駆動して送りねじ軸３２を回転させ、処理装置４に対応する位置までアーム２０を昇降させる。次に、図３Ｄに示すように、ロボット１は、アーム２０を第２方向Ｙに沿って伸ばし、ハンド１０に保持しているウエハ２を処理装置４に搬送する。

（回転伝達機構の構成）
図４及び図５は、モータ３５の回転を送りねじ軸３２に伝達する回転伝達機構の構成例を示す。図４及び図５に示す回転伝達機構４０は、入力回転部材である入力プーリ４１と、中継回転部材である中継プーリ４２と、出力回転部材である出力プーリ４３とを有する。入力プーリ４１は、モータ３５の回転軸３７に取り付けられており、モータ３５によって回転される。出力プーリ４３は、送りねじ軸３２の下端部に取り付けられている。中継プーリ４２は、ベース部３６（図２参照）に回転可能に支持された回転軸４４によって回転可能に支持されている。中継プーリ４２は、入力側の大径部４５と、出力側の小径部４６とが回転軸４４に固定され、回転軸４４とともに回転する。さらに、入力プーリ４１と大径部４５との間に第１ベルト４７が架け渡され、小径部４６と出力プーリ４３との間に第２ベルト４８が架け渡されている。

モータ３５によって回転される入力プーリ４１の回転は、第１ベルト４７を介して中継プーリ４２の大径部４５に伝達され、大径部４５が回転される。中継プーリ４２の小径部４６は大径部４５と一体に回転し、小径部４６の回転は、第２ベルト４８を介して出力プーリ４３に伝達され、出力プーリ４３が回転される。そして、送りねじ軸３２が出力プーリ４３と一体に回転される。以上の回転の伝達において、中継プーリ４２は、一体に回転する大径部４５と小径部４６との間の周速度の差に基づき、入力側から出力側に回転を減速して伝達する。

所望の減速比を得るにあたり、中継プーリ４２は複数設けられてもよいが、中継プーリ４２の数の増加に伴って伝達ロスの増加が懸念される。したがって、好ましくは、中継プーリ４２は一つであり、大径部４５の径を大きくし及び／又は小径部４６の径を小さくすることによって減速比が高められる。減速比を高める観点から、図４に示すように、大径部４５が入力プーリ４１よりも大径に形成されてもよく、入力プーリ４１と大径部４５との間の周速度の差に基づいて減速比を高めることができる。また、小径部４６が出力プーリ４３よりも小径に形成されてもよく、出力プーリ４３と小径部４６との間の周速度の差に基づいて減速比を高めることができる。

図５に示すように、ロボット１を上下方向Ｚに見て、屈折されているアーム２０が回動軸ｚまわりに回動された際にハンド１０及びアーム２０が移動する領域を移動領域Ａとし、直動ガイド３１（送りねじ軸３２、支柱部３３、及び一対のガイドレール３４）によって覆われる領域をガイド領域Ｂとして、ガイド領域Ｂは移動領域Ａの外側に配置されており、ハンド１０及びアーム２０と直動ガイド３１との干渉が回避されている。矩形領域Ｃは、移動領域Ａと、ガイド領域Ｂとを包含する領域であり、ガイド領域Ｂは、矩形領域Ｃの隅部で移動領域Ａの外側に配置されている。この矩形領域Ｃの面積は、ロボット１の設置に要する最小の設置面積と言うことができる。

出力プーリ４３に伝達される回転が中継プーリ４２によって減速されているので、出力プーリ４３の小径化が可能となり、出力プーリ４３をガイド領域Ｂ内に収めることができる。ガイド領域Ｂ内に収まる出力プーリ４３は、ガイド領域Ｂを包含する矩形領域Ｃ内にも収まる。仮に入力プーリ４１の回転が出力プーリ４３に直接伝達される場合に、出力プーリ４３に伝達される回転を減速するには、出力プーリ４３が入力プーリ４１よりも大径であることを要し、出力プーリ４３がガイド領域Ｂの外側にはみ出す場合がある。ガイド領域Ｂの外側にはみ出す出力プーリ４３は、矩形領域Ｃの外側にもはみ出してロボット１の設置面積を増大させ得る。このように、中継プーリ４２によってモータ３５の回転を減速することにより、出力プーリ４３を小径化し、出力プーリ４３をガイド領域Ｂ内に収め、ロボット１の設置面積を小さくできる。

本例では、ガイド領域Ｂが、矩形領域Ｃの隅部で移動領域Ａの外側に配置されており、スペースの利用効率に優れる。これにより、ロボット１の最小の設置面積を与える矩形領域Ｃ内において、ガイド領域Ｂを可及的に大きくでき、出力プーリ４３をガイド領域Ｂ内に収めるにあたって、出力プーリ４３の設計自由度を高められる。例えば、出力プーリ４３を中継プーリ４２の小径部４６よりも大径とし、減速比を高めることができる。また、従来、半導体製造システムのデッドスペースとなっていた四隅のいずれかの隅部にロボット１を設置することが可能となり、スペースの有効活用を図ることが可能になる。これにより、半導体製造システムをよりコンパクトに設定することが可能となる。

好ましくは、入力プーリ４１と、出力プーリ４３とは、矩形領域Ｃの一辺に沿って配置され、中継プーリ４２の中心（回転軸４４）は、入力プーリ４１の中心（モータ３５の回転軸３７）と出力プーリ４３の中心（送りねじ軸３２）とを結ぶ直線Ｌに対して、移動領域Ａの中心（回動軸ｚ）側に偏倚した位置に配置される。これにより、矩形領域Ｃ内において中継プーリ４２の大径部４５の径をさらに大きくでき、減速比を一層高めることができる。

（変形例）
上述した例では、回転伝達機構４０の入力回転部材、出力回転部材、及び中継回転部材としてプーリ４１，４２，４３が用いられ、これらのプーリ４１，４２，４３がベルト４７，４８によって連結されているが、入力回転部材、出力回転部材、及び中継回転部材はプーリに限定されず、例えば歯車であってもよい。入力回転部材、出力回転部材、及び中継回転部材が歯車によって構成される場合に、これらの歯車は、直接噛み合ってもよいし、チェーン等によって連結されてもよい。

以上、説明したとおり、本明細書に開示された産業用ロボットは、搬送対象物を保持するハンドと、前記ハンドを水平面内で移動させるアームと、前記アームを回動可能に支持するアーム支持部と、前記アーム支持部を昇降させる昇降機構と、を備え、前記昇降機構は、送りねじ軸と、前記送りねじ軸を支持する支柱部と、を含み、上下方向に延びる直動ガイドと、モータと、前記モータの回転を前記送りねじ軸に伝達する回転伝達機構と、を有し、前記回転伝達機構は、前記モータによって回転される入力回転部材と、前記送りねじ軸の下端部に取り付けられる出力回転部材と、入力側の大径部と、出力側の小径部とを含み、前記入力回転部材から前記出力回転部材に伝達される回転を減速する少なくとも一つの中継回転部材と、を有し、前記直動ガイド及び前記出力回転部材を上下方向に見た場合に、前記出力回転部材は、前記直動ガイドによって覆われるガイド領域内に設けられている。この構成によれば、中継回転部材によってモータの回転が減速されるので、出力回転部材の小型化が可能となる。そして、出力回転部材を小型化し、直動ガイドによって覆われるガイド領域内に出力回転部材を収めることにより、ロボットの設置面積を小さくすることができる。

また、本明細書に開示された産業用ロボットは、前記アームが、当該アームの基端部を通って上下方向に延びる回動軸を中心に回動可能であり、且つ前記回動軸を中心とする径方向に前記ハンドを進退させるように屈伸可能であり、前記アームが屈折された状態で前記回動軸まわりに回転された際の前記アーム及び前記ハンドの移動領域及び前記ガイド領域を包含する矩形領域において、前記ガイド領域は、前記矩形領域の隅部に設けられている。この構成によれば、スペースの利用効率を高めることができ、ロボットの設置面積を増大させずにガイド領域を大きくできる。よって、出力回転部材をガイド領域に収めるにあたって、出力回転部材の設計自由度を高められる。

また、本明細書に開示された産業用ロボットは、前記入力回転部材と、前記出力回転部材とは、前記矩形領域の一辺に沿って配置されており、前記中継回転部材の中心は、前記入力回転部材の中心と前記出力回転部材の中心とを結ぶ直線に対して、前記移動領域の中心側に偏倚した位置に配置されている。この構成によれば、中継回転部材を大きくでき、減速比を高めることができる。そして、減速の段数を削減して、伝達効率を高めることができる。

また、本明細書に開示された産業用ロボットは、前記中継回転部材の前記大径部が、前記入力回転部材よりも大径である。この構成によれば、減速比を高めることができ、減速の段数を削減して、伝達効率を高めることができる。

１ 産業用ロボット
２ 半導体ウエハ（搬送対象物）
３ カセット
４ 処理装置
１０ ハンド
１１ エンドエフェクタ
２０ アーム
２１ 第１アーム部
２２ 第２アーム部
２３ アーム支持部
２４ ナット部材
２５ スライダ
３０ 昇降機構
３１ 直動ガイド
３２ 送りねじ軸
３３ 支柱部
３４ ガイドレール
３５ モータ
３６ ベース部
３７ モータの回転軸
４０ 回転伝達機構
４１ 入力プーリ
４２ 中継プーリ
４３ 出力プーリ
４４ 中継プーリの回転軸
４５ 中継プーリの大径部
４６ 中継プーリの小径部
４７ 第１ベルト
４８ 第２ベルト
Ａ 移動領域
Ｂ ガイド領域
Ｃ 矩形領域
Ｌ 直線
Ｘ 第１方向
Ｙ 第２方向
Ｚ 上下方向
ｚ 回動軸

Claims (4)

1. 搬送対象物を保持するハンドと、
   前記ハンドを水平面内で移動させるアームと、
   前記アームを回動可能に支持するアーム支持部と、
   前記アーム支持部を昇降させる昇降機構と、
   を備え、
   前記昇降機構は、
   送りねじ軸と、前記送りねじ軸を支持する支柱部と、を含み、上下方向に延びる直動ガイドと、
   モータと、
   前記モータの回転を前記送りねじ軸に伝達する回転伝達機構と、
   を有し、
   前記回転伝達機構は、
   前記モータによって回転される入力回転部材と、
   前記送りねじ軸の下端部に取り付けられる出力回転部材と、
   入力側の大径部と、出力側の小径部とを含み、前記入力回転部材から前記出力回転部材に伝達される回転を減速する少なくとも一つの中継回転部材と、
   を有し、
   前記直動ガイド及び前記出力回転部材を上下方向に見た場合に、前記出力回転部材は、前記直動ガイドによって覆われるガイド領域内に設けられている産業用ロボット。
2. 請求項１記載の産業用ロボットであって、
   前記アームは、当該アームの基端部を通って上下方向に延びる回動軸を中心に回動可能であり、且つ前記回動軸を中心とする径方向に前記ハンドを進退させるように屈伸可能であり、
   前記アームが屈折された状態で前記回動軸まわりに回動された際の前記アーム及び前記ハンドの移動領域と、前記ガイド領域とを包含する矩形領域において、前記ガイド領域は、前記矩形領域の隅部で前記移動領域の外側に配置されている産業用ロボット。
3. 請求項２記載の産業用ロボットであって、
   前記入力回転部材と、前記出力回転部材とは、前記矩形領域の一辺に沿って配置されており、
   前記中継回転部材の中心は、前記入力回転部材の中心と前記出力回転部材の中心とを結ぶ直線に対して、前記移動領域の中心側に偏倚した位置に配置されている産業用ロボット。
4. 請求項３記載の産業用ロボットであって、
   前記中継回転部材の前記大径部は、前記入力回転部材よりも大径である産業用ロボット。

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