KR20100095625A

KR20100095625A - 반도체 웨이퍼 처리 로봇용 피봇식 아암 조립체 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20100095625A
Application number: KR1020107015158A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄 다니엘 슈미트; 스코트 에이. 한센; 그레고리 에이. 클라리; 데이비드 에스. 데일리
Original assignee: 카이돈 코포레이션
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2010-08-31
Anticipated expiration: 2028-05-07
Also published as: TWI423384B; CN101911282A; KR101368614B1; WO2009088523A1; JP5325898B2; JP2011509527A; US20090180855A1; TW200939391A; CN101911282B; US20120272766A1; US8225509B2

Abstract

본 발명의 로봇 피봇식 아암 조립체를 제조하는 방법은, 강성의 기계 가공가능한 재료로 원형 디스크를 형성하는 단계와, 디스크의 중심부를 통해 원형 구멍을 형성하는 단계를 포함한다. 외부 베어링 트랙은 구멍을 형성하는 내측 표면에 일체로 성형되며, 구멍 형성된 디스크는 외부 베어링 트랙과 결합하는 고정부를 갖춘 가공 장치 내에 위치된다. 이후, 일체형 외부 레이스, 아암, 및 치형부를 갖춘 기어 세그먼트는 디스크 내에서 기계 가공되어 피봇식 아암 조립체의 외부 부분을 형성한다. 내부 베어링 트랙을 갖춘 내부 레이스는 일체형 외부 레이스 내에 위치되며, 롤링 베어링 요소는 제1 베어링 트랙 및 제2 베어링 트랙 내에 삽입된다.

Description

반도체 웨이퍼 처리 로봇용 피봇식 아암 조립체 및 이의 제조 방법{PIVOT ARM ASSEMBLY FOR SEMICONDUCTOR WAFER HANDLING ROBOTS AND METHOD FOR MAKING THE SAME}

본 발명의 반도체 웨이퍼 처리 로봇 등에 관한 것이며, 특히 일체로 성형된 베어링 구조체를 구비한 반도체 웨이퍼 처리 로봇용 피봇식 아암 조립체, 및 피봇식 아암 조립체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼는 통상적으로 실리콘으로 제조되며, 반도체 칩 및 직접 회로 제조시에 사용된다. 실리콘계 재료는 취성을 갖고 각 슬라이스(slice)의 두께는 매우 얇기 때문에, 웨이퍼들은 부주의로 인해 쉽게 손상될 수 있다. 최신 반도체 처리 시스템은, 처리된 반도체 웨이퍼 및/또는 조립된 칩들이 오염되거나 손상되는 것을 방지하도록 잘 멸균된 환경에서 신속하고 정확하게 웨이퍼를 처리할 필요가 있다.

반도체 웨이퍼 처리용 로봇 등은 일반적으로 종래 기술에 잘 공지되어 있다. 어플라이드 머티리얼즈 아이엔씨.(Applied Materials, Inc.)에게 허여된 미국 특허 제6,817,640호 및 제2002/0182036호에 기재된 것 같은 웨이퍼 처리 로봇은 통상적으로 로봇 손목 또는 로봇의 다른 유사한 관절 부위를 연장 및 수축시키는 적어도 한 쌍의 웨이퍼 로봇 피봇부 또는 피봇식 아암을 포함한다. 특허 제6,817,640호의 도 5A 및 특허 공보 제2002/0182036호의 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 피봇식 아암은 통상적으로, 로봇 구동 기구와 맞물리는 치형부를 갖춘 기어 부분과, 로봇 관절 부재와 연결되도록 구성된 외향 연장 아암을 포함한다.

본원의 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 로봇 피봇식 아암은 통상적으로, 두 개의 볼 베어링이 장착된 일 단부의 대향 면에 한 쌍의 원형 리세스가 형성되는, 금속으로된 플레이트로 제조되어 왔다. 본 발명의 명세서의 도 1에 도시된 예시에서, 두 개의 앵귤러 접촉(angular contact) 볼 베어링들은 앵귤러 접촉 배면 대면 관계로 아암 리세스에 장착되는데, 이때 접촉 각은 베어링 조립체의 양 측부에 가해지는 추력 하중(thrust load) 및/또는 클램핑력(clamping force)을 지지하도록, 반대 방향으로 배향된다. 본원의 도 1에 도시된 이중 베어링 구조체는 피봇식 아암의 정확한 배향, 정렬, 및 회전을 유지하는데 도움을 주지만 소정 결점이 존재한다. 보다 구체적으로, 이러한 베어링 장착 구조체에서는, 베어링의 외부 레이스와 하우징 아암 리세스 사이의 극히 적은 마찰 이동 또는 침식(fretting)을 경험하게 됨으로써 로봇 기계의 전체를 통해 퍼지는 매우 미세한 금속성 입자 또는 파편의 생성을 초래하게 되고, 결과적으로는 웨이퍼 및/또는 반도체 칩의 오염 및 이동 부품의 손상이 유도된다는 사실을 발견하였다. 본원의 도 1의 종래 설계에 도시된 두 개의 볼 베어링이 부주의하게 후향으로 또는 달리 부적절하게 설치된다면, 매우 심각한 침식 결과를 초래하여 반도체 웨이퍼가 처리되어야 하는 멸균 환경을 훼손시킨다.

본 발명의 제1 태양은 반도체 웨이퍼 처리 로봇 등을 위한 피봇식 아암 조립체를 제조하는 방법에 관한 것이며, 상기 피봇식 아암 조립체를 제조하는 방법은 강성의 기계 가공가능한 재료로부터 미리 설정된 중심부를 갖는 원형 디스크를 형성하는 단계와, 원통형 내측 표면을 갖는 피봇식 아암 조립체의 외부 일체형 레이스 부분을 형성하기 위해 디스크의 중심부를 통해 원형 구멍을 형성하는 단계와, 제1 베어링 트랙을 형성하기 위해 외부 일체형 레이스 부분의 내측 표면에 방사상 내향으로 개방된 홈을 형성하는 단계를 포함한다. 또한 본 발명의 방법은, 가공 장치(machining apparatus)의 가공부(machining portion)에 대해 작업편을 정확하게 보유시키는 고정부를 갖는 가공 장치를 제공하는 단계와, 가공 장치의 가공부에 대해 미리 설정된 위치 및 배향으로 구멍 형성된 디스크를 제거가능하면서 정확하게 보유하도록 가공장치의 고정부가 제1 베어링 트랙과 결합하는 상태로 구멍 형성된 디스크를 위치시키는 단계를 포함한다. 가공 장치의 가공부는 구멍 형성된 디스크에, 환형 링 부분과, 아암 부분과, 기어 세그먼트 부분과, 기어 세그먼트 부분의 외부 단부 부분을 따른 기어 치형부를 형성하기 위해 작동하며, 상기 환형 링 부분은 외부 일체형 레이스 부분의 내측 표면과 대체로 동심으로 배치되는 원통형 외측 표면을 갖추고, 상기 아암 부분은 링 부분으로부터 방사상 외향으로 연장하고 로봇 관절 부재와 연결되도록 구성되고, 상기 기어 세그먼트 부분은 아암 부분과 주연방향으로 이격된 관계로 링 부분으로부터 방사상 외향으로 연장하고, 상기 기어 치형부는 제1 베어링 트랙과 미리 설정된 관계로 정확하게 배향되고 관련 로봇 구동 기구와 맞물리도록 구성된다. 또한 본 발명의 방법은, 내부에 장착 부재를 수용 및 보유하도록 구성된 내측 표면 및 원통형 외측 표면에 의해 형성되는, 피봇식 아암 조립체의 내부 레이스 부분을 형성하는 단계와, 외부 일체형 레이스 부분의 제1 베어링 트랙과 대체로 유사한 형상을 갖는 제2 베어링 트랙을 형성하기 위해 내부 레이스 부분의 외측 표면에 방사상 외향으로 개방된 홈을 형성하는 단계를 포함한다. 또한 본 발명의 방법은, 외부 일체형 레이스 부분의 내측 표면 내에 내부 레이스 부분을 위치시키는 단계로서, 이에 의해, 제1 베어링 트랙과 제2 베어링 트랙이 방사상으로 정렬되고, 내부 레이스 부분이 외부 일체형 레이스 부분과 편심 관계로 위치하여, 외부 일체형 레이스 부분의 내측 표면과 내부 레이스 부분의 외측 표면 사이에 넓은 부분과 좁은 부분을 갖는 편심형 갭이 형성되는, 내부 레이스 부분을 위치시키는 단계를 포함한다. 복수의 롤링 베어링 요소는, 넓은 부분의 갭을 통해 제1 베어링 트랙 및 제2 베어링 트랙 내로 연속적으로 삽입된다. 그 후, 베어링 요소는 제1 베어링 트랙 및 제2 베어링 트랙 둘레로 일정한 이격 관계로 위치하게 되고, 내부 레이스 부분과 외부 일체형 레이스 부분은 동심 관계가 되도록 동시에 이동하게 된다. 그 후, 베어링 요소는 제1 베어링 트랙 및 제2 베어링 트랙 내에서 일정한 이격 관계로 보유된다.

본 발명의 다른 태양은, 반도체 웨이퍼 처리 로봇 등을 위한 피봇식 아암 조립체의 제조에 있어서 개선된 방법을 제공하는 것에 관한 것이며, 상기 피봇식 아암 조립체의 제조에 대한 개선된 방법은 강성의 기계 가공가능한 재료로부터 미리 설정된 중심부를 갖는 원형 디스크를 형성하는 단계와, 원통형 내측 표면을 갖는 피봇식 아암 조립체의 외부 일체형 레이스 부분을 형성하기 위해 디스크의 중심부를 통해 원형 구멍을 형성하는 단계와, 제1 베어링 트랙을 형성하기 위해 외부 일체형 레이스 부분의 내측 표면에 방사상 내향으로 개방된 홈을 형성하는 단계를 포함한다. 또한 본 발명의 방법은, 가공 장치의 가공부에 대해 작업편을 정확하게 보유시키는 고정부를 갖는 가공 장치를 제공하는 단계와, 가공 장치의 가공부에 대해 미리 설정된 위치 및 배향으로 구멍 형성된 디스크를 제거가능하면서 정확하게 보유하도록 가공 장치의 고정부가 제1 베어링 트랙과 결합하는 상태로 구멍 형성된 디스크를 위치시키는 단계를 포함한다. 또한 본 발명의 방법은, 구멍 형성된 디스크에, 링 부분과, 기어 세그먼트 부분과, 기어 세그먼트 부분의 외부 단부 부분을 따르는 기어 치형부를 형성하기 위해 가공 장치의 가공부를 작동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 링 부분은 외부 일체형 레이스 부분과 대체로 동심으로 배치되고, 상기 기어 세그먼트 부분은 링 부분으로부터 방사상 외향으로 연장하고, 상기 기어 치형부는 제1 베어링 트랙과 미리 설정된 관계로 정확하게 배향되고 관련 로봇 구동 기구와 맞물리도록 구성된다. 또한 본 발명의 방법은, 내부에 장착 부재를 수용 및 보유하도록 구성된 내측 표면 및 원통형 외측 표면에 의해 형성되는, 피봇식 아암 조립체의 내부 레이스 부분을 형성하는 단계와, 외부 일체형 레이스 부분의 제1 베어링 트랙과 대체로 유사한 형상을 갖는 제2 베어링 트랙을 형성하기 위해 내부 레이스 부분의 외측 표면에 방사상 외향으로 개방된 홈을 형성하는 단계를 포함한다. 내부 레이스 부분은 제1 베어링 트랙과 제2 베어링 트랙이 방사상으로 정렬되도록 외부 일체형 레이스 부분의 내측 표면 내에 위치되며, 복수의 롤링 베어링 요소가 제1 베어링 트랙 및 제2 베어링 트랙에 삽입된다.

본 발명의 다른 태양은, 개선된 피봇식 아암 조립체를 갖는, 반도체 웨이퍼 처리 등을 위한 로봇 머신에 관한 것이며, 상기 피봇식 아암 조립체는, 제1 베어링 트랙을 형성하기 위해 링 부분의 내측 표면에 형성되는 방사상 내향으로 개방된 홈과 함께, 원통형 내측 표면 및 원통형 외측 표면을 구비하는 강성의 환형 링 부분을 포함한다. 또한, 피봇식 아암 조립체는 원통형 내측 표면과 원통형 외측 표면을 구비하는 강성의 원통형 슬리브 부분을 포함하는데, 상기 원통형 내측 표면은 내부에 로봇 머신의 장착 부위를 수용 및 보유하도록 구성되고, 상기 원통형 외측 표면은 링 부분의 제1 베어링 트랙과 대체로 유사한 형상을 갖는 제2 베어링 트랙을 형성하도록 슬리브 부분의 외측 표면에 형성되는 방사상 외향으로 개방된 홈을 갖춘다. 슬리브 부분은 조립된 상태에서 링 부분의 내측 표면 내에 위치하게 되고, 이때 제1 베어링 트랙과 제2 베어링 트랙은 방사상으로 정렬되며 슬리브 부분은 링 부분과 편심 관계로 있게 되어, 링 부분의 내측 표면과 슬리브 부분의 외측 표면 사이에 넓은 부분과 좁은 부분을 갖는 편심형 갭을 형성된다. 또한, 피봇식 아암 조립체는, 그 일 부분을 따라 형성된 치형부와 함께, 치형부가 링 부분으로부터 방사상 외향으로 돌출하도록 링 부분의 외측 표면과 고정식으로 연결된 치형부의 대향 부분을 갖춘 기어 세그먼트 부분을 포함한다. 또한, 피봇식 아암 조립체는 강성의 커넥터 아암 부분을 포함하는데, 상기 커넥터 아암 부분은 커넥터 아암 부분이 기어 세그먼트 부분과 주연방향으로 이격된 관계로 링 부분으로부터 방사상 외향으로 연장하도록, 링 부분의 외측 표면과 고정식으로 연결된 일 단부를 구비한다. 복수의 롤링 베어링 요소는, 넓은 부분의 갭을 통해 제1 베어링 트랙 및 제2 베어링 트랙 내로 연속적으로 삽입되고 제1 베어링 트랙 및 제2 베어링 트랙 둘레로 일정한 이격 관계로 연속적으로 위치하게 되고, 슬리브 부분과 링은 동심 관계가 되도록 동시에 이동하게 된다. 분리기 부분은 베어링 요소와 연결되고, 제1 베어링 트랙 및 제2 베어링 트랙 내에서 베어링 요소를 일정한 이격 관계로 피봇식으로 보유시킨다.

본 발명의 다른 태양은 반도체 웨이퍼 처리 로봇 등을 위한 피봇식 아암 조립체를 제공하며, 상기 피봇식 아암 조립체는 종래의 베어링 구조와 관련된 침식을 제거하기 위해 일체로 성형된 박막 섹션 베어링을 포함한다. 바람직하게, 외부 베어링 트랙은 피봇식 하우징에 직접적으로 또는 일체로 성형됨으로써, 종래의 설계에 통합된 분리식 외부 베어링 레이스 및 관련 침식 문제를 제거한다. 피봇식 아암 조립체는, 작업 중 피봇식 아암 조립체를 정확하게 위치 및 회전시키도록 베어링 트랙과 정확하게 정렬되는 치형부를 갖춘 기어 세그먼트 부분을 구비한다. 피봇식 아암 조립체는 사용하기에 효율적이며 긴 작업 수명을 가질 수 있고, 특히 제안된 용도에 적합하다.

본 발명의 이러 저러한 이점은, 하기에 기재된 명세서, 특허 청구범위, 및 첨부된 도면을 참조함으로써 당업자에게 보다 잘 이해 및 인지될 수 있을 것이다.

도 1은 반도체 웨이퍼 처리 로봇을 위한 종래의 피봇식 아암의 단면도.
도 2는 본 발명을 실시하는 피봇식 아암 조립체의 평면도.
도 3은 도 2의 라인 Ⅲ-Ⅲ을 따라 취해진 피봇식 아암 조립체의 단면도.
도 4는 피봇식 아암 조립체가 구성되는 디스크로 길이방향으로 절단된 중실 로드의 부분 개략도.
도 5는 피봇식 아암 조립체의 외부 부분이 파선으로 도시된, 로드로부터 절단된 디스크들 중 하나의 평면도.
도 6은 디스크의 에지도.
도 7은 디스크의 중심부를 통과하는 구멍을 형성하기 위한 제조 단계의 부분 개략도.
도 8은 내부에 구멍이 형성된 디스크의 평면도.
도 9는 도 8의 라인 Ⅸ-Ⅸ를 따라 취해진 디스크의 단면도.
도 10은 구멍 형성된 디스크의 내측 표면에 베어링 트랙을 형성하기 위한 제조 단계의 부분 개략도.
도 11은 내부에 베어링 트랙이 형성된 구멍 형성된 디스크의 평면도.
도 12는 도 11의 라인 ⅩⅡ-ⅩⅡ를 따라 취해진 구멍 형성된 디스크의 단면도.
도 13은 구멍 형성된 디스크가 기계 가공을 위해 고정된 가공 장치의 부분 개략 사시도.
도 14는 기계 가공되는 고정된 디스크의 부분 개략 측면도.
도 15는 피봇식 아암 조립체의 외부 부분를 형성하기 위해 기계 가공되는 고정된 디스크의 부분 개략 평면도.
도 16은 내부 레이스를 조립하기 전의 피봇식 아암 조립체의 완성된 외부 부분의 평면도.
도 17은 도 16의 라인 ⅩⅦ-ⅩⅦ를 따라 취해진 피봇식 아암 조립체의 완성된 외부 부분의 단면도.
도 18은 기어 세그먼트의 측면도.
도 19는 도 16의 라인 ⅩⅨ-ⅩⅨ를 따라 취해진 기어 세그먼트의 단면도.
도 20은 관련 베어링 트랙의 형성 전을 도시한 피봇식 아암 조립체의 슬리브 부분의 평면도.
도 21은 도 20의 라인 ⅩⅩⅠ-ⅩⅩⅠ를 따라 취해진 슬리브의 단면도.
도 22는 베어링 트랙이 슬리브의 외측 표면에 형성된 후를 도시한 슬리브의 단면도.
도 23은 도 22의 라인 ⅩⅩⅢ-ⅩⅩⅢ을 따라 취해진 홈 슬리브의 단면도.
도 24는 롤링 베어링 요소의 확대 사시도.
도 25는 베어링 요소 분리기의 내부 측부의 평면도.
도 26은 베어링 요소 분리기의 부분 측면도.
도 27은 슬리브가 피봇식 아암 조립체의 링 부분에 대해 편심 관계로 위치된, 조립되는 동안을 도시한 피봇식 아암 조립체의 평면도.
도 28은 베어링 요소가 베어링 트랙에 삽입되고, 슬리브가 링 부재와 동심 관계가 되도록 이동된 이후의 피봇식 아암 조립체의 평면도.
도 29는 도 28의 라인 ⅩⅩⅠⅩ-ⅩⅩⅠⅩ를 따라 취해진 피봇식 아암 조립체의 단면도.
도 30은 본 발명의 다른 실시예의 단면도.

본 발명을 설명하기 위한 용어 "상부", "하부", "우측", "좌측", "후방", "전방", "수직", "수평" 및 이들의 파생어는 도 1 및 도 2에 배향된 대로 본 발명에 관계될 것이다. 그러나, 본 발명은 명시적으로 달리 언급된 경우를 제외하고는 다양한 다른 배향 및 단계 순서를 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 첨부된 도면에 도시되고 하기 명세서에 기재된 특정 장치 및 과정은, 첨부된 특허청구범위에서 한정하는 발명의 개념의 단순한 예시적인 실시예라는 것도 이해하여야 한다. 따라서, 본원에 기재된 실시예와 관련된 특정 치수 및 다른 물리적 특성은 특허청구범위에 달리 명확하게 기재되지 않았다면 제한적인 것으로 고려되지 않아야 한다.

도면 부호 10(도 2 및 도 3 참조)은, 본 발명을 실시하기 위해 일체로 성형된 베어링 구조체를 갖는 반도체 웨이퍼 처리 로봇 등을 위한 피봇식 아암 조립체를 총괄적으로 표시한다. 피봇식 아암 조립체(10)는, 도 16 내지 도 19에 잘 도시된 바와 같이, 원통형 내측 표면(12) 및 원통형 외측 표면(13)을 구비하는 강성의 환형 하우징 또는 링 부분(11)을 포함하며, 제1 베어링 트랙을 형성하도록 링 부분(11)의 내측 표면(12)에 방사상 내향으로 개방된 홈(14)이 형성된다. 또한, 피봇식 아암 조립체(10)는, 링 부분(11)의 외측 표면(13)과 고정식으로 연결된 내부 에지(16) 및 링 부분(11)으로부터 방사상 외향으로 돌출하는 기어 치형부(18)를 갖춘 외부 에지(17)를 갖는 기어 세그먼트 부분(15)을 포함한다. 또한, 피봇식 아암 조립체(10)는, 링 부분(11)의 외측 표면(13)과 고정식으로 연결된 내부 단부(20)를 갖는 강성 커넥터 아암 부분(19)을 포함하며, 상기 강성 커넥터 아암 부분은 기어 세그먼트 부분(15)과 주연방향으로 이격된 관계를 형성하면서 링 부분(11)으로부터 방사상 외향으로 연장한다. 또한, 피봇식 아암 조립체(10)는 강성의 원통형 슬리브 부분(23)을 포함하는데, 상기 강성의 원통형 슬리브 부분은, 도 22 및 도 23에 잘 도시된 바와 같이, 내부에 (미도시된) 로봇 머신(robotic machine)의 장착 부위를 수용 및 보유하도록 구성된 원통형 내측 표면(24) 및 방사상 외향으로 개방된 홈(26)을 갖춘 원통형 외측 표면(25)을 구비하며, 상기 방사상 외향으로 개방된 홈은 링 부분(11)의 제1 베어링 트랙(14)과 대체로 유사한 형상을 갖는 제2 베어링 트랙을 형성하기 위해 슬리브 부분(23)의 외측 표면(25)에 형성된다. 도 27 내지 도 29에 잘 도시된 바와 같이 슬리브 부분(23)은 조립된 상태에서 링 부분(11)의 내측 표면(12) 내에 위치하게 되는데, 이때 제1 베어링 트랙(14)과 제2 베어링 트랙(26)은 방사상으로 정렬되고, 슬리브 부분(23)은 링 부분(11)과 편심 관계로 있게 되어, 링 부분(11)의 내측 표면(12)과 슬리브 부분(23)의 외측 표면(25) 사이에는 넓은 부분(29)과 좁은 부분(30)을 갖는 편심형 갭(28)(도 27 참조)이 형성되게 된다. 복수의 롤링 베어링 요소(rolling bearing element; 32)들은 갭(28)을 통해 그 넓은 부분(29)에서 제1 베어링 트랙(14)과 제2 베어링 트랙(26)에 연속적으로 삽입되며, 그 후 제1 베어링 트랙(14) 및 제2 베어링 트랙(26) 둘레로 일정한 이격 관계로 위치하게 되고, 슬리브 부분(23)과 링 부분(11)은 도 28에 도시된 동심 관계가 되도록 동시에 이동하게 된다. 분리기(34)는 베어링 요소(32)들과 연결됨으로써, 베어링 요소(32)들을 제1 베어링 트랙(14) 및 제2 베어링 트랙(26) 내에서 일정한 이격 관계로 피봇식으로 보유할 수 있다.

예시된 실시예에서, 피봇식 아암 조립체(10)(도 16 내지 도 19 참조)는 하우징 또는 링 부분(11), 기어 세그먼트 부분(15), 및 커넥터 아암 부분(19)을 포함하는 일편의 일체로 성형된 외부 부분(40)을 갖는다. 링 부분(11)은 피봇식 아암 조립체(10)의 외부 일체형 레이스 부분을 형성하며, 예시된 실시예에서, 링 부분(11)은 원통형 내측 표면(12), 원통형 외측 표면(13), 및 대향 배치된 한 쌍의 평평한 측면(41, 42)들에 의해 형성된, 대체로 환형 형상을 갖는다. 링 부분(11)의 내측 표면(12)에 형성된 홈(14) 또는 외부 베어링 트랙은 아치형이며, 링 부분(11)의 내측 표면(12)을 따라 중심으로 배치된다. 도 17에 예시된 실시예에서, 베어링 트랙(14)은, 이하에서 더 자세하게 설명되는 바와 같이, 4개 지점 접촉 관계로 구형 볼 베어링 요소(32)를 보유하도록 구성된 원형 세그먼트 형상이다.

도시된 기어 세그먼트 부분(15)은 링 부분(11)과 일체로 성형 되고, 링 부분의 외측 표면(13)으로부터 방사상 외향으로 돌출한다. 기어 세그먼트 부분(15)은 아치형의 내부 에지(16)와, 외부 에지(17)와, 일직선으로 방사상 연장하는 측부 에지(45)와, 평평한 대향 면(46)에 의해 형성되는, 대체로 아치형인 평면 구조를 갖는다. 도시된 기어 세그먼트 부분(15)은 측부 에지(45)에 인접한 면(46)을 통해 연장하는 구멍(47)을 포함하여 내부에 정지 핀 등(미 도시)을 보유하도록 구성된다.

도시된 커넥터 아암 부분(19)은 아치형 내부 에지(20), 일직선의 외부 에지(21), 대향 측부 에지(50), 및 평평한 대향 면(51)에 의해 형성되는, 대체로 직사각형인 평면 구조를 갖는다. 커넥터 아암 부분(19)은, 도시된 예시에서 기어 세그먼트 부분(15)과 약 120˚로 주연방향으로 이격된 관계로, 링 부분(11)의 외측 표면(13)으로부터 방사상 외향으로 연장한다. 도 16 및 도 17에 도시된 예시에서, 커넥터 아암 부분(19)은 로봇 머신의 관련 부분과의 연결을 위해 면(51)을 통과하는 복수의 구멍(52)을 포함한다.

도시된 슬리브 부분(23)(도 20 내지 도 23 참조)은 원통형 내측 표면(24)과, 원통형 외측 표면(25)과, 한 쌍의 평평한 대향 측면(55, 56)으로 형성되는, 환형 형상이다. 홈(26) 또는 내부 베어링 트랙은 슬리브 부분(23)의 외측 표면(25)을 따라 중심으로 배치된, 대체로 아치형인 형상이다. 도시된 예시에서, 베어링 트랙(26)은 외부 베어링 트랙(14)과 유사한 원형 세그먼트 형상을 갖고, 이후에 더 상세하게 기재되는 바와 같이, 4개 지점 접촉 관계로 관련된 구형 볼 베어링 요소(32)와 정합하도록 설계된다.

도시된 베어링 요소(32)(도 24 참조)는 구형 볼 베어링 요소이며, 세라믹 재료 등을 포함하는 매우 다양한 재료로 구성될 수 있다.

도시된 분리기(34)(도 25 및 도 26 참조)는 장착된 상태에서 슬리브 부분(23)의 외측 표면(25)과 링 부분(11)의 내측 표면(12) 사이의 갭(28) 내에 끼워지는 크기를 갖는 대체로 환형인 형상을 갖는다. 도 28 및 도 29에 도시된 바와 같이, 분리기(34)의 내부 면은, 볼 베어링 요소(32)의 외측 표면에 대해 스냅 결합하고 베어링 트랙(14, 26) 내에서 일정하게 이격된 패턴으로 볼 베어링 요소(32)를 피봇식으로 보유하도록 구성된, 축방향으로 내향하는 복수의 대면 치형부 쌍(58)을 포함한다.

도 4 내지 도 23에 잘 도시된 바와 같이, 본 발명은 또한 피봇식 아암 조립체(10)를 제조하기 위한 독특한 방법을 기재하는데, 상기 방법은 강성의 기계 가공가능한 재료로부터 한 쌍의 평행한 원형 면(66, 67), 원통형 외부 에지(68), 및 중심부(69)로 형성된 원형 디스크(65)를 형성하는 단계를 포함한다. 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 링 부분(11)의 내측 표면(12)을 형성하기 위해 디스크(65)의 중심부(69)를 통해 원형 구멍(72)이 형성된다. 도 10 내지 도 12에 잘 도시된 바와 같이, 외부 베어링 트랙을 형성하는 방사상 내향으로 개방된 홈(14)은 이후 구멍 형성된 디스크(65)의 내측 표면(12)에 형성된다. 도 13 내지 도 15를 참조하여, 내부에 외부 베어링 트랙(14)을 형성하는 구멍 형성된 디스크(65)는, 이후 고정부(81)를 갖는 가공 장치(80)로 처리되는데, 상기 고정부는 가공 장치(80)의 가공부(82)에 대해 작업편을 정확하게 보유시킨다. 보다 구체적으로, 구멍 형성된 디스크(65)는 고정부(81)를 갖춘 가공 장치(80) 내에 위치하게 되는데, 상기 고정부는, 가공 장치(80)의 가공부(82)에 대해 미리 설정된 위치 및 배향으로 구멍 형성된 디스크(65)를 제거가능하면서 정확하게 보유하기 위해, 외부 베어링 트랙(14)과 결합한다. 이후, 가공 장치(80)의 가공부(82)는 구멍 형성된 디스크(65)에, 피봇식 아암 조립체(10)의 환형 하우징 또는 링 부분(11), 커넥터 아암 부분(19), 기어 세그먼트 부분(15), 및 기어 치형부(18)를 형성하도록 작동된다. 고정부(81)는 사전 형성된 외부 베어링 트랙(14)과 결합하기 때문에, 기어 세그먼트 부분 및 커넥터 아암 부분(19)과, 기어 세그먼트 부분(15)상의 기어 치형부(18)는 외부 베어링 트랙(14)에 대해 정확하게 위치된다. 통상적인 기술을 사용하여 제조될 수 있는 슬리브 부분(23)은 도 27에 도시된 바와 같이 링 부분(11)의 내측 표면(12) 내에 위치하게 되고, 이로써 내부 베어링 트랙(26)과 외부 베어링 트랙(14)은 방사상으로 정렬되고, 슬리브 부분(23)과 링 부분(11)은 편심 관계로 있게 되어, 링 부분(11)의 내측 표면(12)과 슬리브 부분(23)의 외측 표면(25) 사이에는 편심형 갭(28)이 형성되고, 상기 편심형 갭은 피봇식 아암 조립체의 직경 방향으로 대향하는 측부에 배치되는 넓은 부분(29)과 좁은 부분(30)을 갖게 된다. 베어링 요소(32)들은 갭(28)을 통해 그 넓은 부분(29)에서 내부 베어링 트랙(26)과 외부 베어링 트랙(14)에 연속적으로 삽입된다. 그 후, 베어링 요소(32)들은 도 28에 도시된 바와 같이, 내부 베어링 트랙(26) 및 외부 베어링 트랙(14) 둘레로 일정한 이격 관계로 위치하게 되고, 슬리브 부분(23)과 링 부분(11)은 동심 관계가 되도록 동시에 이동하게 된다. 그 후, 베어링 요소(32)들은, 도시된 분리기(34)에 의해 또는 다른 공지된 기술을 사용함으로써, 내부 베어링 트랙(26) 및 외부 베어링 트랙(14) 둘레로 일정한 이격 관계로 보유된다.

도 4 내지 도 6에 도시된 예시에서, 각각의 디스크(65)는 440 스테인리스 스틸 또는 다른 유사한 재료로 된 중실 원통형 바 또는 로드(85)로부터 절단된다. 도 5에 잘 도시된 바와 같이, 디스크(65)의 직경은, 피봇식 아암 조립체(10)의 중심점으로부터의 가장 긴 치수[도시된 예시에서는 링 부분(11)의 중심부와 커넥터 아암 부분(19)의 외부 단부(21) 사이의 거리]와 동일하거나 이보다 약간 크게 선택되며, 이로써 피봇식 아암 조립체(10)의 전체 외부 부분(40)은 디스크(65)로부터 일체 및 일편으로 성형될 수 있다.

도 7 내지 도 9에 도시된 예시에서, 중실 디스크(65)는 관련 드릴 비트(drill bit; 90)에 대해 중실 디스크(65)를 정확하게 위치시키기 위해 디스크(65)의 외부 에지(68)와 결합하는 고정부(89)를 구비한 드릴링 장치(88)에 위치된다. 그 후, 디스크를 통해 드릴 비트(90)를 연장시킴으로 중실 디스크(65) 내에 구멍(72)이 형성된다.

도 10 내지 도 12에 도시된 예시에서, 구멍 형성된 디스크가 드릴링 장치(88)의 고정부(89) 내에, 또는 디스크(65)의 외부 에지(68)에 갖춰지는 다른 유사한 고정 기구 내에 고정식으로 보유되어 유지되는 동안, 연마 헤드(93)는 이후 구멍 형성된 디스크(65) 위쪽의 위치로 이동된다. 그 후 디스크(65)의 내측 표면(12)은 원하는 정확한 크기 및 형상으로 연마된다. 그 후 연마 휠(93)은 전술된 바와 같이 표면(12) 내에 외부 베어링 트랙(14)을 정밀하게 연마시킨다. 디스크(65)의 외부 에지(68)에서 디스크(65)를 고정시키고, 동일한 위치에서 고정된 상태로 드릴링 및 연마 기능을 수행함으로써, 정밀도는 매우 높아질 수 있다.

도 13 내지 도 15에 도시된 예시에서, 내부에 외부 베어링 트랙(14)이 형성된 구멍 형성된 디스크(65)는, 이후 가공 장치(80) (도시된 실시예에서는 와이어 EDM 머신) 내로 로딩된다. 보다 구체적으로, EDM 머신(80)의 고정부(81)는 구멍 형성된 디스크(65)의 사전 형성된 외부 베어링 트랙(14)과 결합하기 때문에, 디스크(65)는 EDM 머신(80)의 절삭 헤드 부분(82)에 대해 정확하게 위치 및 배향된다. 그 후, EDM 머신(80)은 디스크(65)로부터, 링 부분(11)과, 커넥터 아암 부분(19)과, 기어 세그먼트 부분(15)과, 기어 치형부(18)를 절단하도록 작동된다. 디스크(65)는 사전 형성된 외부 베어링 트랙(14)에 고정되기 때문에, 기어 치형부(18)와, 커넥터 아암 부분(19) 및 기어 세그먼트 부분(15)의 다른 표면에 대한 베어링 트랙의 배향은 매우 정확하다.

도 27 내지 도 29에 도시된 예시에서, 볼 베어링 요소(32)가 베어링 트랙(14, 26) 내로 로딩되어 슬리브 부분(23)이 링 부분(11)과 동심 관계가 되도록 이동하게 되면 그 이후에, 분리기(34)가 갭(28) 내에 위치되어 베어링 요소(32)의 외측 표면에 대해 스냅 결합됨으로써 볼 베어링 요소를 베어링 트랙(14, 26)을 따라 일정하게 이격된 관계로 피봇식으로 보유한다.

도면 부호 1a(도 30 참조)는 총괄적으로 피봇식 아암 조립체의 양 측부에 인접하게 위치된 베어링 트랙 및 두 개의 베어링 요소 세트를 구비한 본 발명의 다른 실시예를 표시한다. 피봇식 아암 조립체(10a)는 전술된 피봇식 아암 조립체(10)와 유사하기 때문에, 도 1 내지 도 29와 도 30에 나타낸 유사한 부품들 각각은 도면 부호 뒤에 "a"를 추가하는 것을 제외하고는 동일한 대응 도면 부호로 표시된다. 도 30에 도시된 피봇식 아암 조립체(10a)는 피봇식 아암 조립체(10)와 유사한 링 부분(11a)과, 기어 세그먼트 부분(미도시)과, 커넥터 아암 부분(19a)을 구비한다. 그러나, 피봇식 아암 조립체(10a)에서, 링 부분(11a)의 내측 표면(12a) 및 슬리브 부분(23a)의 외측 표면(25a)은, 배면 대향 관계로 각 접촉하도록 구성된 두 개의 베어링 요소 세트(32a)와 함께 두 개의 축 방향으로 이격된 베어링 트랙(14a, 26a)을 구비한다. 두 개의 분리기(34a)들은 갭(28a)의 양 측부를 지나는 베어링 요소(32a)들에 스냅 결합된다.

전술된 기재에서, 당업자라면 본원에 도시된 범주 내에서 본 발명의 수정이 이루어 질 수 있을 것이라는 것을 쉽게 인지할 수 있을 것이다. 이러한 수정은 본 발명의 특허청구범위에서 문체로 명확하게 기재되지 않았다면, 하기의 특허 청구 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

반도체 웨이퍼 처리 로봇 등을 위한 피봇식 아암 조립체를 제조하는 방법이며,
강성의 기계 가공가능한 재료로부터 미리 설정된 중심부를 갖는 원형 디스크를 형성하는 단계와,
원통형 내측 표면을 갖는 피봇식 아암 조립체의 외부 일체형 레이스 부분을 형성하기 위해 디스크의 중심부를 통해 원형 구멍을 형성하는 단계와,
제1 베어링 트랙을 형성하기 위해 외부 일체형 레이스 부분의 내측 표면에 방사상 내향으로 개방된 홈을 형성하는 단계와,
가공 장치의 가공부에 대해 작업편을 정확하게 보유시키는 고정부를 갖는 가공 장치를 제공하는 단계와,
고정부를 갖춘 가공 장치 내에 구멍 형성된 디스크를 위치시키는 단계로서, 상기 고정부는, 가공 장치의 가공부에 대해 미리 설정된 위치 및 배향으로 구멍 형성된 디스크를 제거가능하면서 정확하게 보유하기 위해, 제1 베어링 트랙과 결합하는, 구멍 형성된 디스크를 위치시키는 단계와,
구멍 형성된 디스크에, 환형 링 부분과, 아암 부분과, 기어 세그먼트 부분과, 기어 치형부를 형성하기 위해 가공 장치의 가공부를 작동시키는 단계로서, 상기 환형 링 부분은 외부 일체형 레이스 부분의 내측 표면과 대체로 동심으로 배치되는 원통형 외측 표면을 갖추고, 상기 아암 부분은 링 부분으로부터 방사상 외향으로 연장하고 로봇 관절 부재와 연결되도록 구성되고, 상기 기어 세그먼트 부분은 아암 부분과 주연방향으로 이격된 관계로 링 부분으로부터 방사상 외향으로 연장하고, 기어 세그먼트 부분의 외부 단부 부분을 따르는 상기 기어 치형부는 제1 베어링 트랙과 미리 설정된 관계로 정확하게 배향되고 관련 로봇 구동 기구와 맞물리도록 구성되는, 가공부를 작동시키는 단계와,
내부에 장착 부재를 수용 및 보유하도록 구성된 내측 표면 및 원통형 외측 표면에 의해 형성되는, 피봇식 아암 조립체의 내부 레이스 부분을 형성하는 단계와,
외부 일체형 레이스 부분의 제1 베어링 트랙과 대체로 유사한 형상을 갖는 제2 베어링 트랙을 형성하기 위해 내부 레이스 부분의 외측 표면에 방사상 외향으로 개방된 홈을 형성하는 단계와,
외부 일체형 레이스 부분의 내측 표면 내에 내부 레이스 부분을 위치시키는 단계로서, 이에 의해, 제1 베어링 트랙과 제2 베어링 트랙이 방사상으로 정렬되고, 내부 레이스 부분이 외부 일체형 레이스 부분과 편심 관계로 위치하여, 외부 일체형 레이스 부분의 내측 표면과 내부 레이스 부분의 외측 표면 사이에 넓은 부분과 좁은 부분을 갖는 편심형 갭이 형성되는, 내부 레이스 부분을 위치시키는 단계와,
넓은 부분의 갭을 통해 제1 베어링 트랙 및 제2 베어링 트랙 내로 복수의 롤링 베어링 요소를 연속적으로 삽입시키는 단계와,
제1 베어링 트랙 및 제2 베어링 트랙 둘레로 베어링 요소를 일정한 이격 관계로 위치시키고, 내부 레이스 부분과 외부 일체형 레이스 부분을 동심 관계가 되도록 동시에 이동시키는 단계와,
제1 베어링 트랙 및 제2 베어링 트랙 내에서 베어링 요소를 일정한 이격 관계로 보유시키는 단계를 포함하는
피봇식 아암 조립체 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 구멍을 형성하는 단계는,
제2 가공 장치의 가공부에 대해 작업편을 정확하게 보유시키는 고정부를 구비한 제2 가공 장치를 제공하는 단계와,
고정부를 갖춘 제2 가공 장치 내에 디스크를 위치시키는 단계로서, 상기 고정부는, 제2 가공 장치의 가공부에 대해 미리 설정된 위치 및 배향으로 디스크를 제거가능하면서 정확하게 보유하기 위해, 디스크의 외부 주연방향의 에지와 결합하는, 디스크를 위치시키는 단계를 포함하는
피봇식 아암 조립체 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 디스크를 형성하는 단계는, 스틸로된 세장형 중실 로드로부터 디스크를 절단하는 단계를 포함하는
피봇식 아암 조립체 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 구멍을 형성하는 단계는, 디스크가 제2 가공 장치의 고정부에 보유되는 동안, 디스크의 중심부를 통해 구멍을 드릴링하는 단계를 더 포함하는
피봇식 아암 조립체 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 구멍을 형성하는 단계는, 구멍 형성된 디스크가 제2 가공 장치의 고정부에 보유되는 동안, 외부 일체형 레이스 부분의 내측 표면을 연마하는 단계를 더 포함하는
피봇식 아암 조립체 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 제1 베어링 트랙을 형성하는 단계는, 구멍 형성된 디스크가 제2 가공 장치의 고정부에 보유되는 동안, 외부 일체형 레이스 부분의 내측 표면에 방사상 내향으로 개방된 홈을 연마하는 단계를 포함하는
피봇식 아암 조립체 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 베어링 트랙을 형성하는 단계는, 베어링 요소와의 방사상 접촉 베어링을 형성하는 구조로 제1 베어링 트랙을 연마하는 단계를 포함하는
피봇식 아암 조립체 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 내부 레이스 부분을 형성하는 단계는, 스틸로부터 내부 레이스 부분을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 내부 레이스 부분의 홈을 형성하는 단계는, 베어링 요소와의 방사상 접촉 베어링을 형성하는 구조로 제2 베어링 트랙을 형성하기 위해 내부 레이스 부분의 외측 표면을 연마하는 단계를 포함하는
피봇식 아암 조립체 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 제1 트랙 및 제2 트랙을 형성하는 단계는, 베어링 요소와의 4개 지점 접촉을 위해 제1 베어링 트랙 및 제2 베어링 트랙을 연마하는 단계를 포함하는
피봇식 아암 조립체 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 베어링 요소를 보유하는 단계는, 상기 베어링 요소를 위치시키는 단계 이후에 베어링 요소에 분리기를 부착시키는 단계를 포함하는
피봇식 아암 조립체 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 베어링 요소를 삽입하는 단계는, 베어링 요소용 세라믹 볼을 선택하는 단계를 포함하는
피봇식 아암 조립체 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 최초 언급된 가공 장치를 제공하는 단계는, 와이어 EDM 머신을 선택하는 단계를 포함하는
피봇식 아암 조립체 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 디스크 형성 단계는, 스테인리스 스틸로된 세장형 중실 로드를 선택하는 단계를 더 포함하는
피봇식 아암 조립체 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 디스크를 형성하는 단계는, 스틸로된 세장형 중실 로드로부터 디스크를 절단하는 단계를 포함하며,
상기 구멍을 형성하는 단계는, 디스크의 중심부를 통해 구멍을 드릴링하는 단계를 더 포함하는
피봇식 아암 조립체 제조 방법.
개선된 피봇식 아암 조립체를 갖는, 반도체 웨이퍼 처리 등을 위한 로봇 머신이며,
상기 피봇식 아암 조립체는
강성의 환형 링 부분과,
강성의 원통형 슬리브 부분과,
기어 세그먼트 부분과,
강성의 커넥터 아암 부분과,
복수의 롤링 베어링 요소와,
분리기 부분을 포함하며,
상기 강성의 환형 링 부분은, 제1 베어링 트랙을 형성하기 위해 상기 링 부분의 내측 표면에 형성되는 방사상 내향으로 개방된 홈과 함께, 원통형 내측 표면 및 원통형 외측 표면을 구비하고,
상기 강성의 원통형 슬리브 부분은 원통형 내측 표면과 원통형 외측 표면을 구비하는데, 상기 원통형 내측 표면은 내부에 상기 로봇 머신의 장착 부위를 꼭 맞게 수용 및 보유하도록 구성되고, 상기 원통형 외측 표면은 상기 링 부분의 상기 제1 베어링 트랙과 대체로 유사한 형상을 갖는 제2 베어링 트랙을 형성하도록 상기 슬리브 부분의 상기 외측 표면에 형성되는 방사상 외향으로 개방된 홈을 갖추고, 상기 슬리브 부분은 조립된 상태에서 상기 링 부분의 상기 내측 표면 내에 위치하게 되며, 이때 상기 제1 베어링 트랙과 제2 베어링 트랙은 방사상으로 정렬되며 상기 슬리브 부분은 상기 링 부분과 편심 관계로 있게 되어, 상기 링 부분의 상기 내측 표면과 상기 슬리브 부분의 상기 외측 표면 사이에 넓은 부분과 좁은 부분을 갖는 편심형 갭을 형성하게 되고,
상기 기어 세그먼트 부분은, 기어 세그먼트 부분의 일 부분을 따라 형성된 치형부와 함께, 상기 치형부가 상기 링 부분으로부터 방사상 외향으로 돌출하도록 상기 링 부분의 상기 외측 표면과 고정식으로 연결된 치형부의 대향 부분을 갖추고,
상기 강성의 커넥터 아암 부분은, 상기 커넥터 아암 부분이 상기 기어 세그먼트 부분과 주연방향으로 이격된 관계로 상기 링 부분으로부터 방사상 외향으로 연장하도록, 상기 링 부분의 상기 외측 표면과 고정식으로 연결된 일 단부를 구비하고,
상기 복수의 롤링 베어링 요소는, 상기 넓은 부분의 상기 갭을 통해 상기 제1 베어링 트랙 및 제2 베어링 트랙 내로 연속적으로 삽입되고 상기 제1 베어링 트랙 및 제2 베어링 트랙 둘레로 일정한 이격 관계로 연속적으로 위치하게 되고, 상기 슬리브 부분과 링은 동심 관계가 되도록 동시에 이동하게 되며,
상기 분리기 부분은 상기 베어링 요소와 연결되고, 제1 베어링 트랙 및 제2 베어링 트랙 내에서 상기 베어링 요소를 상기 일정한 이격 관계로 피봇식으로 보유시키는
로봇 머신.
제15항에 있어서,
상기 롤링 베어링 요소는 구형 볼 베어링 요소를 포함하는
로봇 머신.
제16항에 있어서,
상기 분리기는 상기 볼 베어링 요소에 스냅 결합하는 복수의 방사상으로 배향된 치형부를 포함하는
로봇 머신.
제17항에 있어서,
상기 기어 세그먼트 부분은 상기 링 부분과 일체로 성형되는
로봇 머신.
제18항에 있어서,
상기 커넥터 아암 부분은 상기 링 부분과 일체로 성형되는
로봇 머신.
제19항에 있어서,
상기 제1 베어링 트랙 및 제2 베어링 트랙은 상기 볼 베어링 요소와의 4개 지점 접촉에 적합하게 형성되는
로봇 머신.