JP2012056034A - ロボットアーム装置 - Google Patents

Abstract

【課題】昇降部の上昇動作に伴って基台本体部内で舞い上がる粉塵が昇降部と基台本体部との隙間から上方へ放出されることを、ファンや排気口による排気機能や、シール部材によるシール機能に依存することなく、しかも昇降部の昇降速度を制限することなく、防止・抑制可能なロボットアーム装置を提供する。
【解決手段】アームを支持する基台を、基台本体部３と、基台本体部３の天井壁３２に形成した開口部３ａを通じて基台本体部３に対して昇降可能な昇降部４と、基台本体部３の内部空間３Ｓの上部及び下部に連通して内部空間３Ｓの空気を循環させる流路６とによって構成し、流路６のうち基台本体部３の内部空間３Ｓの上部に連通する上側流路口６１の開口断面積を、天井壁３２に形成した開口部３ａと昇降部４との隙間の断面積よりも大きく設定した。
【選択図】図２

Description

本発明は、昇降可能なアームを備えたロボットアーム装置に関するものである。

従来より、例えば複数のリンク要素を連結してなるアームの基端部をベース部（基台）に水平旋回可能に支持させたロボットアーム装置が知られている。ロボットアーム装置は、アーム全体を水平旋回させたり、リンク要素同士を関節部分で回転させてアームの全体形状を適宜変形させて、その先端部（エンドエフェクタ）でウェーハや液晶等の搬送対象物を保持して所定の場所（次工程の処理装置等）に搬送可能な搬送装置として機能し得るものである。

そして、基台に対してアームが上下動し得るように昇降機構を備えたロボットアーム装置も開発され、既に実用化されている。このようなロボットアーム装置の一例としては、基台を、基台本体部と、アームの基端部を水平旋回可能に支持した状態で基台本体部に対して昇降可能な昇降部（昇降基台）とを用いて構成した態様が挙げられる（特許文献１参照）。

特開２００２−１６６３７６号公報

ところで、基台本体部はカバー等によって外部から隔離した内部空間を形成しているが、昇降部の昇降動作によって内部空間に生じ得る埃（粉塵）等が、昇降部の上昇時に舞い上がり、昇降部のスムーズな昇降動作を確保するために昇降部と基台本体部との間に確保した隙間（基台本体部の天井壁に形成した開口部）から基台の外部へ放出され得る。このようなロボットアーム装置では、基台の周辺環境を基台本体部の内部空間内と同様にクリーンな雰囲気に保つ必要がある場面に用い難い。特にアームの先端部でウェーハ等の精密部品を保持して搬送する搬送装置として活用した場合には、昇降部と基台本体部との隙間（基台本体部に形成した開口部）から基台の外部へ放出された埃やごみ等が精密部品に付着するおそれがある。

このような不具合の発生を防止する態様としては、基台本体部の適宜箇所に排気口を形成したり、或いはファンを設けて、昇降部の上昇時における基台本体部内の気流の変動を抑制する態様（第１案）や、基台本体部の天井壁に形成した開口部の縁部にシール部材を設けた態様（第２案）や、昇降部の上昇速度自体を、昇降部の上昇時に埃等が舞い上がらない程度にまで遅く設定する態様（第３案）が考えられる。

しかしながら、第１案であれば、基台外部の空気が排気口から基台本体部の内部空間に流れ込んだり、ファンの配置箇所によっては十分な排気性能を発揮し難いという問題がある。さらに、基台本体部の内部空間に配置する部材のうち昇降駆動用モータやネジ軸等の昇降機構を構成する各部材の配置が設計上優先的に決定される傾向にあるため、基台本体部におけるファンの配置箇所や排気口の形成箇所の設計自由度は大幅に限定され、また、ロボットアーム装置を設置現場に導入した状態において、排気口やファンと基台外部の部品や壁等との離間距離を十分に保っておかなければ十分な排気性能を発揮し難いため、排気性能を考慮した設置が要求されるという問題がある。

また、第２案であれば、シール部材が摩耗等によって所期のシール機能を発揮し得ない状態になった場合には基台本体部の内部空間の埃等が基台外部へ放出され易くなる。そこで、シール部材の摩耗を低減するために、昇降部の昇降速度を遅く設定した場合には、ロボットアーム装置として機能低下を招来し、また、耐久性の高いシール部材を適用した場合にはコスト高となり易い。そして、昇降部の上昇速度を遅く設定するという第３案においても、やはりロボットアーム装置としての機能が低下してしまう。

本発明は、このような問題に着目してなされたものであって、主たる目的は、ファンや排気口による排気機能や、シール部材によるシール機能に依存することなく、しかもロボットアーム装置としての機能低下を招来し得る昇降部の昇降速度制限を考慮することなく、昇降部の上昇動作に伴って基台本体部内で舞い上がる粉塵が昇降部と基台本体部との隙間から上方へ放出されることを防止・抑制可能なロボットアーム装置を提供することにある。

すなわち本発明は、先端側にエンドエフェクタを備えたアームと、このアームを支持する基台とを備え、基台を、基台本体部と、基台本体部の天井壁に形成した開口部を通じて少なくとも下側領域を基台本体部の内部空間に収容した状態で基台本体部に対して昇降可能な昇降部とを用いて構成したロボットアーム装置に関するものである。

そして、本発明のロボットアーム装置は、基台本体部の内部空間の上部及び下部に連通して内部空間の空気を循環させる流路を有する空気循環装置をさらに備え、流路のうち少なくとも内部空間の上部に連通する上側流路口の開口断面積を、天井壁に形成した開口部と昇降部とのクリアランスの断面積よりも大きく設定したことを特徴としている。

このようなロボットアーム装置であれば、空気循環装置の流路を通じて基台本体部の内部空間における気流が循環し易くなり、特に、上側流路口の開口断面積を天井壁に形成した開口部と昇降部との隙間の断面積よりも大きく設定したことによって、昇降部の上昇時に基台本体部の内部空間で生じる上昇気流に沿って上方に向かって流れた空気を上側流路口から流路内へスムーズに案内することができる。その結果、昇降部の昇降動作によって基台本体部の内部空間に発生し粉塵が昇降部の上昇時に基台本体部の内部空間で生じる上昇気流に沿って舞い上がった場合に、この粉塵を上側流路口を通じて基台本体の内部空間から流路内へ流通させることができ、基台本体部の天井壁に形成した開口部と昇降部との隙間から粉塵が基台の外部へ放出される事態を防止・抑制することができる。

したがって、このような空気循環装置を備えたロボットアーム装置を、アームの先端部でウェーハ等の精密部品を保持して搬送する搬送装置して適用した場合には、搬送工程でウェーハ等の精密部品に埃等が不用意に付着するおそれなしに、所望の搬送処理能力を充分に発揮することができる。

特に、本発明のロボットアーム装置において、流路に、この流路内の塵埃が上側流路口から内部空間へ流れ込むことを防止する流通調整手段を設ければ、内部空間における下部に存在する粉塵や、流路のうち内部空間の下部に連通する下側流路口近傍に存在する粉塵が、昇降部の下降時に基台本体部内の内部空間や流路内で生じる気流によって流路の流路口から内部空間へ循環することを適切に防止することができ、これにより、基台本体部の天井壁に形成した開口部と昇降部との隙間から粉塵が基台の外部へ放出される事態をより一層効果的に防止・抑制することができる。ここで、流通調整手段としては、フィルタや逆止弁を挙げることができる。

そして、本発明のロボットアーム装置では、基台本体部の内部空間内の空気が空間循環装置の流路を通じて流れ易く（循環し易く）なり、昇降部の上昇移動時に上方に押し出される空気の流れによって内部空間内において舞い上がった粉塵は、流路を通じて循環する空気の流れに沿って下方に向かう。その結果、昇降部の上昇時に基台本体部の内部空間内の粉塵が昇降部と基台本体との隙間（天井壁に形成した開口部）から基台の外部へ放出されることを効果的に防止・抑制することができる。

本発明によれば、基台本体部の内部空間に連通する流路を形成し、昇降部の上昇時には基台本体部の内部空間における空気をこの流路を通じて循環させることによって、昇降部の上昇時に基台本体部の内部空間の粉塵が舞い上がって基台の外部に放出され得るという不具合を抑制、防止することができる。また、本発明によれば、基台本体部の適宜箇所に排気口やファン、或いはシール部材を設けたり、或いは昇降部の上昇速度を遅く設定する必要がないため、ロボットアーム装置の設置場所が限定されたり、ロボットアーム装置の機能低下を招来するといった上述の不具合を悉く解決することができる。

本発明の一実施形態に係る空気循環装置が適用可能なロボットアーム装置の全体概略図。 同実施形態に係る空気循環装置を適用したロボットアーム装置における昇降部上昇時の作用説明図。 図２の要部拡大図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る空気循環装置Ｒは、図１に示すようなロボットアーム装置Ｘに適用可能なものである。なお、図１では空気循環装置Ｒを省略している。

先ず、図１に示すロボットアーム装置Ｘについて説明する。このロボットアーム装置Ｘは、複数のリンク要素（第１リンク要素Ａ、第２リンク要素Ｂ、エンドエフェクタＣ）から構成されたアーム１と、アーム１を支持する基台２とを備えたものである。

アーム１は、例えば、アーム１のうち最も基端側（基台２側）に配置した第１リンク要素Ａと、第１リンク要素Ａの先端部に水平旋回可能に連結した第２リンク要素Ｂと、第２リンク要素Ｂの先端部に水平旋回可能に連結したエンドエフェクタＣとを備えたものである。このアーム１は、アーム長が最大になる伸長状態（図１参照）と、アーム長が最小になる折畳状態（図示省略）との間で形状が変わるリンク構造（多関節構造）のものである。なお、このロボットアーム装置Ｘは、図示しないシータ軸を介してアーム１と基台２とを連結している。本実施形態では、シータ軸を介して第１リンク要素Ａの基端部を基台２に連結し、エンドエフェクタＣの先端部に形成した吸着用エア供給口Ｃａから供給される吸着用エアによって搬送対象物を吸着可能に構成している。なお、エンドエフェクタの形状は図１に示すフォーク状のものに限られず、他の適宜の形状のものであってもよい。

基台２は、基台本体部３と、シータ軸を介してアーム１の基端部（第１リンク要素Ａの基端部）を水平旋回可能に支持した状態で基台本体部３に対して昇降可能な昇降部４とを備えたものである。なお、図２ではアーム１を省略している。

基台本体部３は、底壁３１と、昇降部４の昇降動作を許容する開口部３ａを有する天井壁３２と、これら底壁３１と天井壁３２との間に起立姿勢で配置した起立壁３３と、起立壁３３と対向するように配置される正面壁３４と、起立壁３３及び正面壁３４の対応する側端同士間に配置される左右の両側壁３５とを備え、これら各壁（底壁３１、天井壁３２、起立壁３３、正面壁３４、左右両側壁３５）によって囲まれる閉空間（本発明の「内部空間」に相当し、以下「内部空間３Ｓ」と称する）を有するものである。図１では、天井壁３２及び両側壁３５の一部を第１カバー３６によって構成した態様を例示しているが、図２では、説明の便宜上、第１カバー３６を無視して天井壁３２及び両側壁３５を単純化して示し、これら各壁３２、３５及び底壁３１の厚みを省いている。また、図１では、底壁３１の前後方向中央部近傍に起立壁３３を配置し、起立壁３３を挟んで正面壁３４と対向するように配置される背面壁を有する第２カバー３７を備えた態様を例示している。

昇降部４は、内部に閉空間４１Ｓを有する昇降部本体４１を主体としてなり、少なくとも下側領域を基台本体部３の内部空間３Ｓに収容した状態で所定の最上昇位置と最下降位置との間で昇降移動可能なものである。昇降部本体４１の内部空間４１Ｓは基台本体部３の内部空間３Ｓとは隔離される空間である。

本実施形態のロボットアーム装置Ｘでは、この昇降部４を昇降部本体３に対して昇降移動させる昇降機構として、ボールネジ機構やベルト機構等、種々の機構を適用することができる。図２では、昇降機構のうち、昇降部４を支持した状態で昇降軸（図示省略）に沿って上下動可能な可動部５を模式的に示している。

このような構成を有するロボットアーム装置Ｘは、第１リンク要素Ａ、第２リンク要素Ｂ、エンドエフェクタＣをシータ軸やリンク要素同士の連結部に設けた旋回軸周りに水平旋回させてアーム１全体の形状（姿勢）を適宜変形させることができる。そして、このロボットアーム装置Ｘは、エンドエフェクタＣ上にウェーハ等の搬送対称物を保持して搬送する際に、図示しない吸着切替ユニットをエア供給可能状態にして、エンドエフェクタＣの吸着用エア供給口Ｃａから供給される負圧エアによって搬送対称物をエンドエフェクタＣ上に吸引して保持することができる状態（吸着ＯＮ状態）になる。また、ロボットアーム装置Ｘは、吸着ＯＮ状態を維持したままアーム１を適宜変形させて搬送対象物を所定の搬送位置まで搬送した時点で、吸着切替ユニットをエア供給可能状態からエア供給停止状態に切り替えると、エンドエフェクタＣの吸着用エア供給口Ｃａからの負圧エア供給動作を停止して搬送対象物の吸引保持状態を解除する状態（吸着ＯＦＦ状態）になる。

このように、本実施形態に係るロボットアーム装置Ｘは、吸着切替ユニットをエア供給可能状態とエア供給停止状態との間で切り替えることによって、吸着ＯＮ状態または吸着ＯＦＦ状態となり、エンドエフェクタＣ上に吸着保持した搬送対象物を好適に搬送することができる。

また、本実施形態に係るロボットアーム装置Ｘは、昇降部４を昇降移動させることによってアーム１全体を上下動させることができる。具体的には、昇降機構が作動することによって可動部５に支持されている昇降部４が、基台本体部３の天井壁３２に形成した開口部３ａを通じて昇降移動し、この昇降部４に支持されているアーム１が上下動する。

そして、本実施形態に係るロボットアーム装置Ｘは、図２に示すように、基台本体部３の内部空間３Ｓの上部及び下部に連通する流路６を備えた空気循環装置Ｒを基台本体部３に付帯させている。

空気循環装置Ｒは流路６を主体としてなり、本実施形態では管を用いて流路６を構成している。流路６の一端部は、基台本体部３の内部空間３Ｓのうち上部に連通する上側流路口６１として機能し、流路の他端部は、基台本体部３の内部空間３Ｓのうち下部に連通する下側流路口６２として機能する。そして、図２の要部拡大模式図である図３に示すように、上側流路口６１の開口断面積（上側流路口６１の内径６１ｒに相当）を、天井壁３２の開口部３ａと昇降部４との隙間Ｓの断面積よりも大きく設定している。このような流路６からなる空気循環装置Ｒを基台本体部３に設けることによって、本実施形態に係るロボットアーム装置Ｘは、昇降部４の上昇時に基台本体部３の内部空間３Ｓで生じる上昇気流に沿って上方に向かって流れた空気を、昇降部４と基台本体部３の天井壁３２の開口部３ａとの隙間Ｓよりも優先して上側流路口６１から流路６内へ向かわせることができ、流路６を通じて内部空間３Ｓの空気が循環し易くなる（図２参照、同図において基台本体部３の内部空間３Ｓ中に示す矢印は昇降部４の上昇時の空気の流れを模式的に示すものである）。なお、本実施形態では、下側流路口６２の開口断面積を上側流路口６１と同一に設定している。

特に、本実施形態では、基台本体部３のうち左右の両側壁３５にそれぞれ別々の流路６を設けているため、起立壁３３の幅方向中央部３３ｃを境にした左側領域と右側領域で均等に空気が流れ易くなる。その結果、基台本体部３の内部空間３Ｓに一部を収容した昇降部４が天井壁３２の開口部３ａを通じて昇降移動する際に、基台本体部３の内部空間３Ｓにおいて昇降部４の上昇移動に伴って一旦上方へ向かって流れる空気は、図２に示すように、流路６の上側流路口６１を通じて流路６内に向かい、そのまま下側流路口６２から基台本体部３の内部空間３Ｓに流れる。また、昇降部４の昇降軸（例えば昇降機構をボールネジ機構で構成した場合にはネジ軸に相当）を、基台本体部３の内部空間３Ｓの左右幅方向の中央部（本実施形態における起立壁３３の幅方向中央部３３ｃに相当）と一致させ、この昇降部４の昇降軸を境に流路６を左右対称に配置するとともに、基台本体部３の内部空間３Ｓに配置される機構（例えば昇降機構）や部品（例えば可動部５等）も昇降部４の昇降軸を境に左右対称に配置すれば、昇降部４が上昇移動した場合に、基台本体部３の内部空間３Ｓにおいて空気が昇降軸を境にした左側領域と右側領域で均等に流れて、各流路６へスムーズ且つ適切に導かれる。

さらに、本実施形態に係る空気循環装置Ｒは、流路６のうち、上側流路口６１近傍に、流路６内の塵埃が上側流路口６１から基台本体部３の内部空間３Ｓへ流れ込むことを防止する流通調整手段６３を設けている。本実施形態では、流通防止手段６３としてフィルターを適用しているが、フィルターに代えて、または加えて逆止弁を適用することもできる。

以上のような構成を有する本実施形態に係るロボットアーム装置Ｘは、昇降部４の昇降動作に伴って生じ得る不具合、すなわち、昇降部４の昇降動作によって基台本体部３の内部空間３Ｓに生じる粉塵が、昇降部４の上昇動作に伴って基台本体部３の内部空間３Ｓにおいて舞い上がり、そのまま基台本体部３の天井壁３２に形成した開口部３ａと昇降部４との隙間Ｓから内部空間３Ｓ外へ押し出されて放出し、搬送対象物に付着してしまうという事態を、排気口やファンによる排気機能やシール部材によるシール機能に依存することなく好適に回避・抑制することができる。しかも、本実施形態に係るロボットアーム装置Ｘでは、昇降部３の上昇速度を粉塵が舞い上がらない程度に遅く設定する必要もないため、上昇速度制限に伴う搬送処理能力の低下を招来するおそれもない。

また、本実施形態に係るロボットアーム装置Ｘは、流路６のうち、上側流路口６１近傍に流通調整手段６３を設けているため、例えば流路６内（特に下側流路口６２近傍）や基台本体部３の内部空間３Ｓの下側領域に滞留し得る粉塵が、昇降部４が下降する際に上側流路口６１へ向かって舞い上がった場合であっても、この粉塵を流通調整手段６３で捕捉（濾過処理或いは分別処理）されて上側流路口６１から基台本体部３の内部空間３Ｓへ流れ込むことを確実に防止することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、１つ或いは３つ以上の流路を備えたロボットアーム装置とすることもできる。また、上述の実施形態では基台本体部の内部空間を基台の外部空間と仕切り得る仕切り壁のうち、側壁に流路を設けた態様を例示したが、側壁以外の仕切り壁（起立壁や正面壁）に流路を設けてもよい。さらには、基台本体部の内部空間を基台の外部空間と仕切り得る仕切り壁と流路とを一体に形成した態様を採用することもできる。

また、流路の全長や外観形状（上述の実施形態で示した略コの字状以外の形状、例えば部分円弧状等）は適宜変更することができ、何れの流路であっても、少なくとも上側流路口の開口断面積を、天井壁に形成した開口部と昇降部との隙間の断面積よりも大きく設定すればよい。

また、流路内において流通調整手段を設ける箇所は、流路の全長（流路長）の中間点よりも上側流路口側の箇所であることが好ましく、上側流路口の直近に設けなくてもよい。もちろん、流通調整手段を流路の全長（流路長）の中間点よりも下側流路口側の箇所に設けた態様も本発明に包含される。

また、複数の管を用いて１つの流路を構成することもできる。この場合、管同士をジョイント等の適宜の接続部材で接続すればよい。さらには、管以外の部材を用いて流路を構成することも可能である。管以外の部材を用いて流路を構成する場合、断面積に関する要件、つまり、流路のうち少なくとも基台本体部の内部空間の上部に連通する上側流路口の開口断面積を、基台本体部の天井壁に形成した開口部と昇降部との隙間の断面積よりも大きく設定するという要件を満たしさえすればどのような構成であってもよく、例えば平板を組み合わせて流路を構成したり、平板に形成した溝によって流路を構成することができる。

また、空気循環装置が、流路に加えて、基台本体部のうち適宜箇所（例えば昇降部の直下に相当する領域等）に設けた排気口やファンを備えたものであってもよい。このような態様であれば、基台本体部の内部空間において循環する空気や粉塵を基台本体部の外部へ効率良く排出することができる。そして、昇降部の昇降移動時に、この上昇移動に伴って上方へ流れる空気の量（速度）よりも、排気口及びファンを通じて基台本体部外へ流れる空気の量（速度）が多く（速く）なるように設定することにより、内部空間に存在する粉塵が空気と共に天井壁の開口部と昇降部との隙間から内部空間外へ噴き出されて搬送対象物に付着してしまう不具合を有効に防止することができる。

また、昇降部の下降時に基台本体部の内部空間における下方領域や流路の下側流路口近傍に存在する粉塵が舞い上がって流路の上側流路口から基台本体部の内部空間に流れ込むおそれがない場合には、流通調整手段を設けなくてもよい。

また、上述した実施形態では、基台本体部の内部空間を外部と仕切り得る各壁（仕切り壁）のうち、天井壁及び側壁の一部、正面壁全体を、底壁に対して着脱可能な共通のカバー（第１カバー）によって形成した態様を例示したが、それぞれ別体のカバーで各仕切り壁を形成したり、或いはカバーを用いることなく仕切り壁を形成することも可能である。

また、例えば、吸着用エア供給口から低圧エアを供給するリンク式ロボットアーム装置であってもよい。この場合、吸着用エア供給口から吐出される低圧エアをエンドエフェクタの表面に沿って流すことで、搬送対象物とエンドエフェクタを近付けた際に、搬送対象物とエンドエフェクタとの隙間に負圧が生じ、大気圧との圧力差によって搬送対象物に働くエンドエフェクタ側に向かう力を利用して搬送対象物を吸着することができる（ベルヌーイ効果を利用したいわゆる「ベルヌーイ保持」）。

また、アームを構成するリンク要素の数や長さは適宜変更してもよく、リンク要素同士を、水平旋回動作に代えて、或いは加えて、鉛直面内で旋回（回転）する（縦振り）動作可能に連結したり、スライド動作可能に連結してもよい。さらには、エンドエフェクタの形状、或いは吸着用エア供給口の数や形状等も適宜変更しても構わない。また、エンドエフェクタによる搬送対象物の保持態様は、「真空吸着保持」や「ベルヌーイ保持」の他に、機械的な爪やローラを用いて搬送対象物に物理的に接触して保持する「メカニカル保持」、静電気力で搬送対象物を保持する「静電気保持」、搬送対象物自体の重力によって保持する（例えばエンドエフェクタに溝または３点以上のノッチを設け、搬送対象物を溝や複数のノッチ内に収めて保持する）「重力保持」、これら何れの保持態様であっても構わない。

また、本発明のロボットアーム装置で搬送可能な搬送対象物は、ウェーハに限らず、液晶等、他のものであってもよい。

さらには、アームが、例えば、把持部、溶接ガン等、所定の作業対象に直接働きかける機能をもつエンドエフェクタを備えたものであっても構わない。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…アーム
２…基台
３…基台本体部
３２…天井壁
３ａ…開口部
３Ｓ…内部空間
４…昇降部
６３…流通調整手段
Ｃ…エンドエフェクタ
Ｓ…隙間
Ｘ…ロボットアーム装置

Claims (2)

1. 先端側にエンドエフェクタを備えたアームを支持する基台が、基台本体部と、前記基台本体部の天井壁に形成した開口部を通じて少なくとも下側領域を前記基台本体部の内部空間に収容した状態で前記基台本体部に対して昇降可能な昇降部とを備えたロボットアーム装置であって、
   前記基台本体部の内部空間の上部及び下部に連通して前記内部空間の空気を循環させる流路を有する空気循環装置をさらに備え、前記流路のうち少なくとも前記内部空間の上部に連通する上側流路口の開口断面積を、前記天井壁に形成した開口部と前記昇降部との隙間の断面積よりも大きく設定していることを特徴とするロボットアーム装置。
2. 前記流路に、当該流路内の塵埃が上側流路口から内部空間へ流れ込むことを防止する流通調整手段を設けている請求項１に記載のロボットアーム装置。
   
   

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