JP2015074057A - ワークハンドリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価かつ簡素な構成であり、かつキャリアのワーク用角孔に矩形状のワークのローディングまたはアンローディングを確実に行うワークハンドリング装置を提供する。
【解決手段】ハンド装置４１をダブルキャリア２０の直上へ移送してダブルキャリア２０まで降ろし、ハンド装置４１を回転させてハンド装置４１が複数のキャリアフック４１７ｄを、ダブルキャリア２０のインナーキャリアに形成された複数の位置決め用切り欠き部２１３に入れたことをキャリアフック位置検出センサ４１７ｅが検出した状態で、ハンド装置４１の複数のハンド爪４１６をダブルキャリア２０の複数のハンド爪用切り欠き部２１２内まで移動させてワーク１０のローディングまたはアンローディングを行うワークハンドリング装置とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、ワーク用角孔に対して矩形状のワークのローディングまたはアンローディングを行うワークハンドリング装置に関する。

両面研磨装置は、被研磨対象であるワークの両面を同時に研磨する。両面研磨装置は、上定盤、下定盤、サンギアおよびインターナルギアを備える。そして、ワークを保持するキャリアがサンギアおよびインターナルギアに噛み合わされており、キャリアは自転しつつ公転する遊星運動を行う。また、ワークは下定盤および上定盤に挟まれた状態で、下定盤や上定盤が回動する。これにより、ワークの上下面を研磨加工する。

さて、両面研磨装置で用いられるキャリアは各種あり、例えばダブルキャリアが知られている。このダブルキャリアは、アウターキャリアとインナーキャリアとを有し、アウターキャリア内に円形のキャリア用孔を設け、そのキャリア用孔の中にインナーキャリアを回転自在に配置したものである。このインナーキャリアのワーク用孔にワークを挿入し、アウターキャリアとインナーキャリアとの多重で複雑な回転によりワークを研磨する。このインナーキャリアのワーク用孔は、ワーク寸法にプラス公差を付加した形状である。したがって、ワークが円形のときのワーク用孔は円形となり、また、ワークが矩形のときのワーク用孔は矩形となる。

このようなダブルキャリアの従来技術として、例えば、特許文献１（特開昭５７−０４１１６４号公報、発明の名称「ラッピング加工用二重キャリアー」）に記載のものが知られている。この従来技術は矩形のワークを対象とする二重キャリアに関するものであり、矩形のワークを二重構造のキャリアへ収納して、内蔵キャリア全体の自由な回転を促すことにより、ワークの加工精度を向上させている。

また、両面研磨装置において、両面研磨装置に未加工のワークを自動的にローディングし、また、加工済みワークを自動的にアンローディングするというハンドリングを行って、品質の安定化や省力化による加工コストの低減を図る動きが活発になっている。そこで、上記のような矩形のワークに対しても自動的にハンドリングを行いたいという要請がある。しかしながら、ダブルキャリアはもちろんのこと、通常のキャリアに対しても矩形のワークを自動的にハンドリングする装置の従来技術の開示例が見られなかった。

なお、円形のワークを自動的にハンドリングする装置については、例えば、特許文献２（特開２００５−２４３９９６号公報、発明の名称「半導体ウエーハ用キャリアの保持孔検出装置及び検出方法並びに半導体ウエーハの研磨方法」）に記載のものが知られている。特許文献２は円形のワークを対象とした「ワークの自動ハンドリング」を行うものであり、円形のワーク孔の位置を認識するため、ワーク孔あるいはワークの中心からみて直角方向となる位置に其々カメラ（視覚センサ）を設け、ワーク孔のエッジ位置を求めることにより中心座標を求めている。

特開昭５７−０４１１６４号公報 特開２００５−２４３９９６号公報

このような矩形のワークに対して自動的にハンドリングを行う場合、特許文献２の従来技術のワークハンドリング装置を単純に適用できなかった。円形のワークが回転しても外見状は変化がない円状であり、ロボットハンドなどが円形のワークを把持することは比較的容易であるが、矩形のワークの場合はワークの回転により向きが変わることになり、ロボットハンドなどの把持位置を移動させる必要が生じる。さらに、ダブルキャリアではインナーキャリアが自由に回転できるため、矩形状のワークの回転位置が予測できず、この点でも把持が容易ではなかった。

例えば、ワークのローディングがうまく行かずにワークがキャリア上に乗り上げた状態で上定盤を着盤して研磨を行うと、挟み込んだワークが破損すると同時に、その破損した破片が他のワークの上面に入り込んだり、上定盤全体が異常な振動（クラッシュ）を起こして、ワークだけでなくキャリアや定盤をも損傷する事態となってしまう。したがって、矩形のワークのハンドリングを確実に行いたいという要請があった。

特許文献１では矩形のワークを対象としているが、ハンドリングについてまでは開示されていない。

また、特許文献２では、把持が比較的簡単な円形ワークを対象としたため、自動ハンドリングが実用化されている。しかしながら、円形ワーク用のワークハンドリング装置を、単純に矩形のワークのワークハンドリング装置に適用できなかった。上記したように矩形のワークの回転により把持位置の変更を要するためである。また、矩形のワークでは円形ワークに比べて位置と姿勢を検出することが難しく、視覚センサの数や配置に工夫が必要となる。例えば、カメラにより矩形のワークあるいはワーク用孔を検出することは困難であり、カメラを増設したり視野を広げるなどの追加手段が必要となる。

さらに、特許文献２の従来技術ではカメラを利用して位置検出するが、研磨液の影響で飛散する水や砥粒がワークやワークキャリアに付着・滞留し、光センサやカメラ等の視覚センサによる監視が難しい。また、キャリアホール内へ水が溜まることもあるのでワークのエッジ検出も難しい。これら理由により画像処理では位置検出が難しかった。

加えて、研磨液でセンサ等が汚れてくると検出精度が変化する点、研磨液の吐出量の多少で検出精度が変化する点、など視覚センサは制御が難しくこれら点でも検出精度に難があった。また、視覚センサはコストが高いという問題もあった。また、視覚センサを使った位置決め手段はあくまでも嵌合確率を上げるための補助手段であり、同じ視覚センサで嵌合後の確認を行うことは困難であると同時に、仮にワークの乗上げを検出できても復旧の手段がないので、自動化プロセスを継続することはできない。このように研磨ワークの判別自体が難しく、検出精度が低下すると自動化を阻害する大きな要因となってしまう。

いずれにしても、研磨スラリー等で汚染された環境において、矩形のワーク用角孔あるいは矩形のワークの位置および姿勢を検出するワークハンドリング装置は、従来技術をそのまま適用すると非常に複雑で高価なシステムとなってしまう。

そこで、本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、安価かつ簡素な構成であり、かつダブルキャリアのワーク用角孔に矩形状のワークのローディングまたはアンローディングを確実に行うワークハンドリング装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、
矩形状のワークが装着されるワーク用角孔、ワーク用角孔と連通する複数のハンド爪用切り欠き部、がそれぞれ形成される円状のインナーキャリアと、このインナーキャリアが遊嵌されるキャリア用孔が形成されるとともに、外周面に歯車部が形成された円状のアウターキャリアと、を備えるダブルキャリアのワーク用角孔にワークのローディングまたはアンローディングを行うワークハンドリング装置であって、
ワークを把持するための複数のハンド爪と、ワークに対する前記ハンド爪の自転方向の位置合わせ機構と、を有するハンド装置と、前記ハンド装置を昇降および旋回させて両面研磨装置とワークの供給／排出装置間を移送する移送部と、を備え、
前記位置合わせ機構は、前記ハンド爪を回動する機構と、一対の位置合わせ用ピン＆ホゾ機構と、これらの嵌合を確認する検出機構と、から構成されることを特徴とするワークハンドリング装置とした。

また、本発明の請求項２に係る発明は、
請求項１に記載のワークハンドリング装置において、
前記位置合わせ用ピン＆ホゾ機構は、
前記ハンド装置に設けた複数のピンとしての複数のキャリアフックと、
前記インナーキャリア外周部に設けた複数のホゾとしての位置決め用切欠き部と、
を備えることを特徴とするワークハンドリング装置とした。

このような本発明によれば、安価かつ簡素な構成であり、かつダブルキャリアのワーク用角孔に矩形状のワークのローディングまたはアンローディングを確実に行うワークハンドリング装置を提供することができる。

研磨システムの要部の平面図である。 研磨システムの要部の断面図である。 ダブルキャリアの説明図である。 供給用ワーク置台（回収用ワーク置台）上のハンド装置の説明図であり、図４（ａ）は透視平面図、図４（ｂ）は透視正面図である。 ダブルキャリア上のハンド装置の一部断面を含む正面図である。 ワークハンドリングの説明図（ローディング時）であり、図６（ａ）はワーク直上への移動状態の説明図、図６（ｂ）はハンド装置の降下およびキャリアフック移動による位置決め動作の説明図、図６（ｃ）はキャリアフック嵌合による位置決定の説明図である。 ワークハンドリングの説明図（ローディング時）であり、図７（ａ）はハンド爪降下の説明図、図７（ｂ）はワーク載置の説明図である。 ワークハンドリングの説明図（アンローディング時）であり、図８（ａ）はワーク直上への移動状態の説明図、図８（ｂ）はハンド装置の降下およびキャリアフック移動による位置決め動作の説明図、図８（ｃ）はキャリアフック嵌合による位置決定の説明図である。 ワークハンドリングの説明図（アンローディング時）であり、図９（ａ）はハンド爪降下の説明図、図９（ｂ）はワーク把持の説明図、図９（ｃ）はインナーキャリアの移動の説明図である。 キャリアフックの状態を表す説明図であり、図１０（ａ）はキャリアフックの嵌合動作を表すハンド状態図、図１０（ｂ）はキャリアフックの嵌合動作を表すキャリア状態図である。 ワークハンドリングの説明図であり、図１１（ａ）はワークにハンド爪が接するときのハンド装置の状態を表す透視平面図、図１１（ｂ）はワークにハンド爪が接するときのハンド爪とワーク周辺の状態を表す透視平面図である。 キャリアフック動作の説明図であり、図１２（ａ）は正方形ワークへの運用状態図、図１２（ｂ）は長方形ワークへの運用状態図である。 複数のダブルキャリアがある研磨装置からのワークハンドリングの説明図である。

続いて、本発明を実施するための形態のワークハンドリング装置について、図を参照しつつ説明する。研磨システム１は、図１，図２で示すように、ワーク１０が装着されたダブルキャリア２０を公転または自転させて研磨する両面研磨装置３０に対し、ワークハンドリング装置４０がワーク１０を着脱するシステムである。なお、図１では構成の理解を助けるために、上定盤を省略して図示している。

ワーク１０は、平面から視て矩形状（本形態では正方形状）の板体であり、水晶、シリコンウエハ、ガラス、圧電素子、金属その他種々の材料により形成されたものである。

ダブルキャリア２０は、図１，図３で示すように、分割されて二元的に構成されており、インナーキャリア２１、アウターキャリア２２を備える。インナーキャリア２１、アウターキャリア２２の厚さは、加工するワーク１０より薄く設定される。図１，図３の両面研磨装置３０は、１枚のダブルキャリア２０が配置されている。なお、図１３で示すように複数のダブルキャリア２０が配置されることもある。

インナーキャリア２１は、ワーク１０が装着される円板であり、特に図３で示すように、矩形状の（本形態では正方形状である）ワーク１０が装着されるワーク用角孔２１１、このワーク用角孔２１１と連通する複数（本形態では４カ所）のハンド爪用切り欠き部２１２、および、複数のハンド爪用切り欠き部２１２の周囲に位置する複数（本形態では４カ所）の位置決め用切り欠き部２１３がそれぞれ形成される。

インナーキャリア２１の矩形状の貫通孔であるワーク用角孔２１１の其々直線部４カ所に矩形状の貫通孔であるハンド爪用切り欠き部２１２が設けられており、矩形状のワーク１０を４方向から把持するためのハンド爪４１６の挿入・作動する空間としている。

また、位置決め用切り欠き部２１３は、インナーキャリア２１の外周付近であって１個のハンド爪用切り欠き部２１２の付近１カ所で空けられた貫通孔（切欠き）であり、計４個の位置決め用切り欠き部２１３が同一円上に設けられる。位置決め用切り欠き部２１３は、後に説明するキャリアフック４１７ｄ（図５参照）と嵌合する。

アウターキャリア２２は、インナーキャリア２１を保持する円板であり、インナーキャリア２１が遊嵌されるキャリア用孔２２１と、外周面の歯車部２２２と、が形成される。ダブルキャリア２０（アウターキャリア２２）の歯車部２２２が、両面研磨装置３０上のサンギア３２およびインターナルギア３３に噛み合っており、ダブルキャリア２０（アウターキャリア２２）を任意に動作（自転および公転）させることができる。このようなアウターキャリア２２は、両面研磨装置３０のサンギア３２およびインターナルギア３３と直接的且つ物理的に噛合する部分であるため、高耐久性を有するように高い剛性を有する材質で構成される。

外周が円形のインナーキャリア２１は、アウターキャリア２２の外径とほぼ同形のキャリア用孔２２１に遊嵌されているため、このキャリア用孔２２１内を自由に回転することができる。さらにアウターキャリア２２の中心と、キャリア用孔２２１の中心とは相違して偏心しており、アウターキャリア２２に遊嵌されるインナーキャリア２１の自転または公転によりワーク１０はさらに偏りなく均一平面で研磨される。このような構造とすることにより、ワーク１０の加工精度を向上させることができる。

このようなダブルキャリア２０を搭載する両面研磨装置３０は、ワーク１０の両面に対してラッピング、ポリッシング等の平面加工を行う。続いて、このような両面研磨装置３０の各構成について説明する。

両面研磨装置３０は、図１，図２で示すように、下定盤３１、サンギア３２、インターナルギア３３、上定盤３４を備える。図１，図２では上定盤３４が上昇して内部が見える状態を図示している。さらに、図２で示すように、下定盤回転駆動部３５、サンギア回転駆動部３６、インターナルギア回転駆動部３７を備える。

下定盤３１は環状円板であり、上面にワーク１０を研磨するラップ面／ポリッシュ面を有する。なお、図示しないが、下定盤３１の上面に図示しない研磨布を貼り付け、研磨布によりワーク１０を研磨することもある。このような下定盤３１はワーク１０の下面に対してラッピングまたはポリッシングを行う機能を有し、下定盤回転駆動部３５により回転する。

サンギア３２は、図１で示すように下定盤３１の内周側（中心側）に配置されており、図２で示すようにサンギア回転駆動部３６により回転駆動される。サンギア３２のピン状の歯は、ダブルキャリア２０の外周の歯車部２２２と噛合う。

インターナルギア３３は、図１で示すように下定盤３１の外周側に配置されており、図２で示すようにインターナルギア回転駆動部３７により回転駆動される。インターナルギア３３のピン状の歯は、ダブルキャリア２０の外周の歯車部２２２と噛合う。下定盤３１の上に配置されており、ワーク１０が装着されたダブルキャリア２０は、サンギア３２およびインターナルギア３３と噛合して回転運動する。

上定盤３４は環状円板であり、下面にワーク１０を研磨するラップ面／ポリッシュ面を有する。なお、図示しないが、上定盤３４の下面に図示しない研磨布を貼り付け、研磨布によりワークを研磨することもある。このような上定盤３４はワーク１０の上面に対してラッピングまたはポリッシングを行う機能を有する。下定盤３１および上定盤３４は、同じ中心軸を中心として支持される。

このような両面研磨装置３０では、サンギア３２とインターナルギア３３とは独立的に回転するように構成される。それぞれの歯車に対する軸の回転比または速度などによって、ダブルキャリア２０の自転及び公転の程度（周期、回数など）が決定される。すなわち、ダブルキャリア２０に装着されたワーク１０はダブルキャリア２０の自転または公転に対応する回転運動をする。そしてインナーキャリア２１も、アウターキャリア２２に対して、自転および公転をする。このようにダブルキャリア２０の移動に応じてワーク用角孔２１１に配置されたワーク１０も移動するため、下定盤３１および上定盤３４に当接するワーク１０の表裏面が研磨される。

続いて本発明の特徴をなすワークハンドリング装置４０について説明する。ワークハンドリング装置４０は、図１，図２で示すように、ハンド装置４１、ハンド装置４１が先端に支持される搬送アーム４２、搬送アーム４２を旋回および昇降してハンド装置４１を移動させるアーム回転駆動部４３、搬送アーム４２の先端で軸支されるハンド装置４１に対してその軸周りに回転駆動するハンド装置回転駆動部４４、ハンド装置回転駆動部４４からの回動力をハンド装置４１へ伝えるベルト４５を備える。さらに、図示しない中央制御装置（後述）を備える。

ハンド装置４１は、矩形状のワーク１０を把持する機能を有し、詳しくは図４，図５に示すように、ハンド基台４１１、ハンド爪開閉部材４１２、カムフォロア（４個）４１３、連結シャフト４１４、シャフトガイド部材４１５、ハンド爪(４個)４１６、キャリアフック機構(２箇所)４１７を備える。ハンド基台４１１、ハンド爪開閉部材４１２、カムフォロア（４個）４１３、連結シャフト４１４、シャフトガイド部材４１５は本発明のハンド爪を回動する機構を構成する。

ハンド基台４１１は、これら構成が搭載されるメカベースである。
ハンド爪開閉部材４１２は、各ハンド爪４１６を同期して半径方向へ移動させるための部材である。ハンド爪開閉部材４１２は、ハンド基台４１１に対して回転可能に支持されている。このハンド爪開閉部材４１２は、図４（ａ）で示すように、複数のガイド溝４１２ａがそれぞれ設けられている。ハンド爪開閉部材４１２は、図示しないハンド爪開閉部材回転駆動装置により単独でハンド爪開閉部材回動範囲４１２ｂ内で回転するように構成されている。

カムフォロア４１３は、ガイド溝４１２ａ内を移動するようになされており、ハンド爪開閉部材４１２が回動するとカムフォロア４１３は半径方向に移動する。
連結シャフト４１４は、カムフォロア４１３とハンド爪４１６とを連結しており、カムフォロア４１３、連結シャフト４１４、ハンド爪４１６は一体構造である。
シャフトガイド部材４１５は、連結シャフト４１４が水平方向でありかつ半径方向にのみ移動するように拘束する。

ハンド爪４１６は、図４（ｂ），図１０（ｂ）で示すように、ワーク１０を四方向（円周方向におよそ９０度間隔）から把持する。
ハンド爪４１６の下端部は、図４（ｂ），図５で示すように、ワーク１０を下定盤３１上から若干すくい上げてから把持するために内側に突出した形状としている。（なお、ハンド爪４１６が作用するワーク１０の隅部は面取りされている。）

キャリアフック機構４１７は、ハンド装置４１の中心軸の対角位置２カ所に設けられている。
キャリアフック機構４１７は、図５で示すように、シャフト頭部４１７ａ、圧縮バネ機構４１７ｂ、シャフト４１７ｃ、キャリアフック４１７ｄ、キャリアフック位置検出センサ４１７ｅを備える。シャフト４１７ｃは、上側先端にシャフト頭部４１７ａが固定され、また、下側先端にキャリアフック４１７ｄが固定されている。シャフト頭部４１７ａ、圧縮バネ機構４１７ｂ、シャフト４１７ｃ、キャリアフック位置検出センサ４１７ｅは本発明の嵌合を確認する検出機構を構成する。

シャフト４１７ｃは、圧縮バネ機構４１７ｂにより下側へ付勢されている。後述するが、図６（ｂ），（ｃ）で示すように、キャリアフック４１７ｄがバネ力により下側の位置決め用切り欠き部２１３へ入り込むとシャフト４１７ｃを介してシャフト頭部４１７ａは下側へ移動し、シャフト頭部４１７ａの位置に応じてキャリアフック位置検出センサ４１７ｅがオン・オフされる。例えば、下側へ移動するとオンになり、上側へ移動するとオフになる。キャリアフック４１７ｄ、位置決め用切り欠き部２１３は本発明の位置合わせ用ピン＆ホゾ機構を構成する。このような位置合わせ用ピン＆ホゾ機構は２箇所あり、一対の位置合わせ用ピン＆ホゾ機構を構成する。

前記ハンド爪を回動する機構と、前記一対の位置合わせ用ピン＆ホゾ機構と、これらの嵌合を確認する検出機構と、により本発明のワークの自転方向の位置合わせ機構が構成される。さらに前記複数のハンド爪と、前記ワークの自転方向の位置合わせ機構と、により本発明のハンド装置が構成される。

このようなハンド装置４１が搬送アーム４２に対して回動自在に支持される。詳しくは図４（ｂ）で示すように、搬送アーム４２の先端にハンド旋回軸４１９が取り付けられており、ハンド基台４１１はこのハンド旋回軸４１９に取り付けられている。従って搬送アーム４２に対してハンド基台４１１が回動自在となるように軸支されている。

また、図１，図２で示すように、搬送アーム４２上に設けられたハンド装置回転駆動部４４は、図４で示すように、駆動ベルト４５および駆動プーリ４１８を介してハンド旋回軸４１９へ回動力を伝えており、ハンド爪開閉部材４１２と共にハンド基台４１１を回動させる。

さらに、ハンド爪開閉部材４１２は図示しないハンド爪開閉部材回転駆動装置によりハンド基台４１１に対して単独で回転するように構成されている。このハンド爪開閉部材４１２の回転時に、ガイド溝４１２ａが移動して、カムフォロワ４１３および連結シャフト４１４を介してハンド爪４１６が半径方向へ移動する。一方向（図４（ａ）で時計回り）へハンド爪開閉部材４１２を回転させると４個のハンド爪４１６が同期して内側へ移動し、また、他方向（図４（ａ）で反時計回り）へ回転させると４個のハンド爪４１６が同期して外側へ移動する。

また、搬送アーム４２は、その一端でアーム回転駆動部４３により上昇および回転するように支持される。アーム回転駆動部４３は、図２で示すように、ベース部４３１、このベース部４３１に対して回転可能に軸支される回転支持部４３２、この回転支持部４３２に対して昇降可能に支持され、図示しない昇降回転装置により昇降・回転される回転昇降軸４３３を備える。

旋回する場合には高さａまで回転昇降軸４３３を上昇させてから旋回させる。また、キャリアフック４１７ｄとインナーキャリア２１とを当接させるときは高さｂまで回転昇降軸４３３を下降させる。また、ワーク１０を載置・把持するときは高さｃまで回転昇降軸４３３を下降させる。これらのようなアーム回転駆動部４３およびハンド装置回転駆動部４４は本発明の移送部を構成する。以上説明したハンド装置４１、アーム回転駆動部４３、ハンド装置回転駆動部４４、図示しないハンド爪開閉部材回転駆動装置は、図示しない中央制御装置により動作制御が行われる。

このようなワークハンドリング装置４０の挙動であるが、図１の半円状の矢印で示すように、両面研磨装置３０内のダブルキャリア２０のハンドリング位置（ローディング位置とアンローディング位置とが共通する位置）にあるワーク中心位置と、両面研磨装置３０外にあるワークのローディング位置（供給用ワーク置台５１）およびアンローディング位置（回収用ワーク置台５２）と、は搬送アーム４２の旋回する軌道上（円弧上）にある。このため、位置決め動作を簡易かつ確実に行うことができる。

続いて、研磨システム１の一連の動作、すなわちワークハンドリング装置４０によるワーク１０のローディング、研磨装置３０による研磨加工、ワークハンドリング装置４０によるワーク１０のアンローディングを説明する。この研磨システム１では、図示しないワーク供給／排出装置の供給用ワーク置台５１から両面研磨装置３０へ搬送するローディング、および、両面研磨装置３０から図示しないワーク供給／排出装置の回収用ワーク置台５２へ搬送するアンローディング、をワークハンドリング装置４０が行うものであって、以下のような一連の動作でワークのローディングおよびアンローディングがなされる。

まず、両面研磨装置３０へのワーク１０のローディングを説明する。ここで、両面研磨装置３０ではワーク加工前の初期化処理が行われ、ダブルキャリア２０とインナーキャリア２１とが共に所定のローディング位置にあるように停止されているものとする。

（Ａ）供給用ワーク置台５１へ搬送アーム４２を旋回する。
図示しない中央制御装置は、アーム回転駆動部４３を制御し、搬送アーム４２を上昇および旋回させ、図４（ｂ）で示すように、ハンド装置４１を供給用ワーク置台５１のガイドピン５３上にある未加工のワーク１０の直上へ移動する。

（Ｂ）ハンド装置４１の下降
図示しない中央制御装置は、アーム回転駆動部４３を制御し、所定位置までハンド装置４１を下降する。この後、ハンド爪４１６を内側へ移動させて未加工のワーク１０を把持する。ハンド爪４１６の下端部は内側へ突出しかつテーパ状となっているので、未加工のワーク１０を確実にすくい上げて把持することができる。

（Ｃ）ローディング位置へ搬送アーム４２を旋回する。
続いて、図示しない中央制御装置は、アーム回転駆動部４３を制御し、ワーク１０を把持した状態で、搬送アーム４２およびハンド装置４１を上昇させ、その後に搬送アーム４２を旋回させて、ハンド装置４１をダブルキャリア２０のインナーキャリア２１の直上へ移動させる。ハンド装置４１は、図６（ａ）で示すように、インナーキャリア２１の直上で停止する。

（Ｄ）ハンド装置４１の下降
図示しない中央制御装置は、アーム回転駆動部４３を制御し、図６（ｂ）で示すように、キャリアフック４１７ｄを、インナーキャリア２１の面上へ押し当てる位置までハンド装置４１を下降する。ここで、シャフト４１７ｃは中空軸内に収納され、上部に圧縮バネ機構４１７ｂが装填されているので、キャリアフック４１７ｄがインナーキャリア２１面上に押し当てられるとシャフト頭部４１７ｄが見掛け上押し上げられて、キャリアフック位置検出センサ４１７ｅにより上下位置を判別することができる。

なお、ハンド装置４１を下降するレベルは、通常は図２に示すハンド装置側面図にあるｂのレベルとなるので、この位置まで下降すればよい。ただし、ラップ加工を行うような定盤摩耗を伴う場合には、図示しない別途キャリア面あるいは下定盤面を検出するセンサを設けて、下降位置を決める必要がある。（これは、万一キャリアフック４１７ｄを下した位置でインナーキャリア２１の位置決め用切欠き部（貫通孔）２１３と嵌合する可能性があるからである。）

（Ｅ）ハンド装置４１の回転
図示しない中央制御装置がハンド装置回転制御部４４を制御し、ハンド装置回転制御部４４はベルト４５を介してハンド装置４１を回転させる。この回転は、キャリアフック４１７ｄがインナーキャリア切欠き部（貫通孔）２１３に嵌合するまで続けられる。上から視ると図１０（ａ），（ｂ）の黒丸のようにキャリアフック４１７ｄがインナーキャリア切欠き部（貫通孔）２１３へ近づいて行く。

（Ｆ）ハンド装置４１の回転停止
図６（ｃ）で示すように、キャリアフック４１７ｄがインナーキャリア切欠き部２１３に嵌合することで、シャフト頭部４１７ａが下がってキャリアフック位置検出センサ４１７ｅがＯＮ信号を出力したら、図示しない中央制御装置は、ハンド装置回転制御部４４によるハンド装置４１の回転を停止させる。このとき上からハンド装置４１の内部やダブルキャリア２０を視ると図１０（ａ），（ｂ）のような状態となっている。

（Ｇ）ハンド装置４１の下降
図示しない中央制御装置は、アーム回転駆動部４３を制御し、図７（ａ）で示すように、ハンド爪４１６が、位置決め用切り欠き部２１３を通過して下定盤３１の上面に僅かに接触するまで、アーム回転駆動部４３がハンド装置４１を下降させる。例えば、アーム回転駆動部４３が内蔵する力センサにより接触時の抗力を検知して図示しない中央制御装置が下降を停止させることができる。なお、通常のようにワークの厚みがほぼ一定であれば、図２に示すハンド装置側面図にあるｂ位置からｃ位置へ下降すればよい。

（Ｈ）ワーク１０のローディング
図示しない中央制御装置は、図示しないハンド爪開閉部材回転駆動装置を制御し、このハンド爪開閉部材回転駆動装置がハンド爪開閉部材４１２を回転させてハンド爪４１６を半径方向外側へ移動させる。このときガイド溝４１２ａとカムフォロワ４１３との関係を視ると図１１（ａ），（ｂ）のような状態から図１０（ａ），（ｂ）のような状態へ移行する。そして、図７（ｂ）で示すように、ワーク１０をワーク用角孔２１１内に載置する。ハンド爪４１６の下端部は内側へ突出しかつテーパ状となっているため、ハンド爪４１６を外側へ移動させるとワーク１０をゆっくり降ろしつつ載置することができる。

そして、図１３で示すように、ダブルキャリア２０が複数あるときはインナーキャリア２１が所定のアンローディング位置あるいはローディング位置にあるようにダブルキャリア２０を自転および公転させつつ移動させ、この状態で先に説明した（Ａ）〜（Ｈ）の動作を順次新たに行う。さらに、全てのダブルキャリアを公転させて、次のダブルキャリアに対してアンローディング動作およびローディング動作を順次行う。

続いて、両面研磨装置３０の具体的な加工動作について説明する。
ワーク１０がダブルキャリア２０にセットされた。図２で示すように上方にある上定盤３４を下降させ下定盤３１の上に載置されたダブルキャリア２０に保持されたワーク１０を押圧し、研磨剤を供給しながら上下定盤の全面にワーク１０が接しつつ相対的に運動するように予め設定されたプログラムによりサンギア３２とインターナルギア３３を回転させる。また、下定盤３１と上定盤３４とを共に回転させるか、又は、下定盤３１か上定盤３４かの何れかを回転させる。

ダブルキャリア２０がサンギア３２およびインターナルギア３３によって回転すると、ダブルキャリア２０に装着されたワーク１０も回転する。上下定盤に接した状態のワーク１０は、研磨剤を供給されつつダブルキャリア２０により自転及び公転される。このような自転及び公転による回転力は、下定盤３１と上定盤３４との相対摩擦力を発生させ、研磨パッドとの回転運動による摩擦力、及び研磨粒子と各種添加物を混合した研磨スラリーの反応によって研磨される。

続いて、両面研磨装置３０からのワーク１０のアンローディングを説明する。研磨終了時にダブルキャリア２０とインナーキャリア２１とが共に所定のアンローディング位置にあるように停止されているものとする。

（イ）供給用ワーク置台５１へ搬送アーム４２を旋回する。
図示しない中央制御装置は、アーム回転駆動部４３を制御し、搬送アーム４２を上昇および旋回させ、図５，図８（ａ）で示すように、ハンド装置４１をインナーキャリア２１にある加工済みのワーク１０の直上へ移動する。

（ロ）ハンド装置４１の下降
図示しない中央制御装置は、アーム回転駆動部４３を制御し、キャリアフック４１７ｄを、図８（ｂ）で示すように、インナーキャリア２１の面上へ押し当てる位置までハンド装置４１を下降する。ここで、シャフト４１７ｃは中空軸内に収納され、上部に圧縮バネ機構４１７ｂが装填されているので、キャリアフック４１７ｄがインナーキャリア２１面上に押し当てられるとシャフト頭部４１７ｄが見掛け上押し上げられて、キャリアフック位置検出センサ４１７ｅにより上下位置を判別することができる。

なお、ハンド装置４１を下降するレベルは、通常は図２に示すハンド装置側面図にあるｂのレベルとなるので、この位置まで下降すればよい。ただし、ラップ加工を行うような定盤摩耗を伴う場合には、図示しない別途キャリア面あるいは下定盤面を検出するセンサを設けて、下降位置を決める必要がある。（これは、万一キャリアフック４１７ｄを下した位置でインナーキャリア切欠き部（貫通孔）２１３と嵌合する可能性があるからである）

（ハ）ハンド装置４１の回転
図示しない中央制御装置がハンド装置回転制御部４４を制御し、ハンド装置回転制御部４４はベルト４５を介してハンド装置４１を回転させる。この回転は、キャリアフック４１７ｄがインナーキャリア切欠き部（貫通孔）２１３に嵌合するまで続けられる。上から視ると図１０（ａ），（ｂ）の黒丸のようにキャリアフック４１７ｄがインナーキャリア切欠き部（貫通孔）２１３へ近づいて行く。

（ニ）ハンド装置４１の回転停止
図８（ｃ）で示すように、キャリアフック４１７ｄがインナーキャリア切欠き部２１３に嵌合することで、シャフト頭部４１７ａが下がってキャリアフック位置検出センサ４１７ｅがＯＮ信号を出力したら、図示しない中央制御装置は、ハンド装置回転制御部４４によるハンド装置４１の回転を停止させる。このとき上からハンド装置４１の内部やダブルキャリア２０を視ると図１０（ａ），（ｂ）のような状態となっている。

（ホ）ハンド装置４１の下降
図示しない中央制御装置は、アーム回転駆動部４３を制御し、図９（ａ）で示すように、ハンド爪４１６が、位置決め用切り欠き部２１３を通過して下定盤３１の上面に僅かに接触するまで、アーム回転駆動部４３がハンド装置４１を下降させる。例えば、アーム回転駆動部４３が内蔵する力センサにより接触時の抗力を検知して図示しない中央制御装置が下降を停止させることができる。なお、通常のようにワークの厚みがほぼ一定であれば、図２に示すハンド装置側面図にあるｂ位置からｃ位置へ下降すればよい。

（ヘ）ワーク１０の把持
図示しない中央制御装置は、図示しないハンド爪開閉部材回転駆動装置を制御し、このハンド爪開閉部材回転駆動装置がハンド爪開閉部材４１２を回転させてハンド爪４１６を半径方向内側へ移動させる。このときガイド溝４１２ａとカムフォロワ４１３との関係を視ると図１０（ａ），（ｂ）のような状態から図１１（ａ），（ｂ）のような状態へ移行する。そして、図９（ｂ）で示すように、ワーク用角孔内２１１にあるワーク１０を把持する。ハンド爪４１６の下端部は内側へ突出しかつテーパ状となっているため、ハンド爪４１６を外側へ移動させるとワーク１０をゆっくり持ち上げつつ把持することができる。なお、把持直後（あるいはハンド爪４１６を僅かに浮かせて下定盤３１の表面と離脱した位置まで上昇した後）に図９（ｃ）で示すようにハンド装置４１を回転させてインナーキャリア２１が所定位置になるようにしても良い。特に図１３の複数のダブルキャリアを用いる研磨の場合、インナーキャリアを所定位置に回動させた状態としておくことにより、未加工ワークを装填する時に前回加工後の各ダブルキャリアにおけるインナーキャリアの位置情報を記憶しておく必要がなくなり、より簡便で確実な運用ができる。

（ト）回収用ワーク置台５２へ搬送アーム４２を旋回する。
続いて、図示しない中央制御装置は、アーム回転駆動部４３を制御し、ワーク１０を把持した状態で、搬送アーム４２およびハンド装置４１を上昇させ、その後に搬送アーム４２を旋回させて、ハンド装置４１を回収用ワーク置台５２の直上へ移動させる。ハンド装置４１は、図４（ｂ）で示すように、回収用ワーク置台５２の直上で停止する。

（チ）ハンド装置４１の下降
図示しない中央制御装置は、アーム回転駆動部４３を制御し、ハンド装置４１を下降する。この後、ハンド爪４１６を外側へ移動させて未加工のワーク１０を回収用ワーク置台５２のガイドピン５３の上に載置する。ハンド爪４１６の下端部は内側へ突出しかつテーパ状となっているので、未加工のワーク１０をゆっくりと載置することができる。

そして、ダブルキャリア２０が複数あるときはインナーキャリア２１がアンローディング位置にあるようにダブルキャリア２０を自転および公転させつつ移動させ、この状態で新たに先に説明した（イ）〜（チ）の動作を順次行う。ワーク１０のアンローディングはこのようにして行われる。

なお、上記の（へ）ワーク１０の把持において、ハンド旋回位置情報を記憶しておくことにより、未加工のワークを再度供給する時に前記の位置情報を利用してワークを嵌合することは可能であるが、複数のキャリアとワークを扱うような場合や、加工済のワークの回収をすべて行った後、未加工のワークを供給するような場合に、其々のインナーキャリアの位置情報を記憶しておくことは煩雑であることから、インナーキャリアを所定位置へ旋回しておいた方が簡便かつ確実である。

本発明の特徴は以上詳述したとおりであるが、上記ならびに図示例に限定されるものではなく、種々の変形例を包含する。特にダブルキャリア２０は、図１２（ａ）で示すような正方形のワーク１０を保持するワーク用角孔２１１を有するものとして説明したが、これは正方形のみに限定されるものではなく、図１２（ｂ）で示すように、一方の辺の長さが長い長方形のワーク１０を保持するワーク用角孔２１１を有する形態も本発明に含まれる。

なお、図１２ではキャリアフック４１７ｄによるインナーキャリア切欠き部２１３の位置を探すための旋回動作も示されており、ワーク１０の形状が「正方形」の場合は、インナーキャリア切欠き部２１３は各辺に直角方向に４カ所設置することができるので、ハンド装置４１の旋回角度は比較的小さくなり、動作時間が少なくて済む。ところが、ワーク形状が「長方形」の場合は、インナーキャリア切欠き部２１３はワークの長辺か短辺の何れか一方（本形態では長辺）に平行な方向に２カ所設置する。この場合、ハンドの旋回方向は特定できないので旋回角度が大きい方向に動作する場合が発生する。したがって、ワーク形状は正方形の方が工程時間を短縮することができる。

以上本発明について説明した。ワークハンドリング装置は、矩形ワークの自動ハンドリングを簡易、安価かつ確実に行うことができる。
また、機械的にインナーキャリアの位置を検出するので、スラリー等で汚染された環境においても確実に動作する。
また、ワーク加工後にアンロード工程にてインナーキャリアの位置を特定しておくことにより、その後キャリアを動かさずにワークをロードする場合には、正確かつ確実にワークをワーク孔へ嵌合させることができる。

このようなワーク嵌合装置や嵌合方法は、３−ウェイ方式や４−ウェイ方式の遊星歯車方式の両面研磨装置などに適用可能である。

以上のような本発明に係るワークハンドリング装置は、特に自動化により研磨を行う研磨システムへの搭載が好適である。

１：研磨システム
１０：ワーク
２０：ダブルキャリア
２１：インナーキャリア
２１１：ワーク用角孔
２１２：ハンド爪用切り欠き部
２１３：位置決め用切り欠き部
２２：アウターキャリア
２２１：キャリア用孔
２２２：歯車部
３０：両面研磨装置
３１：下定盤
３２：サンギア
３３：インターナルギア
３４：上定盤
３５：下定盤回転駆動部
３６：サンギア回転駆動部
３７：インターナルギア回転駆動部
４０：ワークハンドリング装置
４１：ハンド装置
４１１：ハンド基台
４１２：ハンド爪開閉部材
４１２ａ：ガイド溝（４箇所）
４１２ｂ：ハンド爪開閉部材回動範囲
４１３：カムフォロア（４個）
４１４：連結シャフト
４１５：シャフトガイド部材
４１６：ハンド爪（４個）
４１７：キャリアフック機構（２箇所）
４１７ａ：シャフト頭部
４１７ｂ：圧縮バネ機構
４１７ｃ：シャフト
４１７ｄ：キャリアフック
４１８：駆動プーリ
４１９：ハンド旋回軸
４２：搬送アーム
４３：アーム回転駆動部
４３１：ベース部
４３２：回転支持部
４３３：回転昇降軸
４４：ハンド装置回転駆動部
４５：ベルト
５１：供給用ワーク置台
５２：回収用ワーク置台
５３：ガイドピン

Claims (2)

1. 矩形状のワークが装着されるワーク用角孔、ワーク用角孔と連通する複数のハンド爪用切り欠き部、がそれぞれ形成される円状のインナーキャリアと、このインナーキャリアが遊嵌されるキャリア用孔が形成されるとともに、外周面に歯車部が形成された円状のアウターキャリアと、を備えるダブルキャリアのワーク用角孔にワークのローディングまたはアンローディングを行うワークハンドリング装置であって、
   ワークを把持するための複数のハンド爪と、ワークに対する前記ハンド爪の自転方向の位置合わせ機構と、を有するハンド装置と、前記ハンド装置を昇降および旋回させて両面研磨装置とワークの供給／排出装置間を移送する移送部と、を備え、
   前記位置合わせ機構は、前記ハンド爪を回動する機構と、一対の位置合わせ用ピン＆ホゾ機構と、これらの嵌合を確認する検出機構と、から構成されることを特徴とするワークハンドリング装置。
2. 請求項１に記載のワークハンドリング装置において、
   前記位置合わせ用ピン＆ホゾ機構は、
   前記ハンド装置に設けた複数のピンとしての複数のキャリアフックと、
   前記インナーキャリア外周部に設けた複数のホゾとしての位置決め用切欠き部と、
   を備えることを特徴とするワークハンドリング装置。

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