1. 前言
隨著半導(dǎo)體、液晶制造設(shè)備為代表的高清潔度需求，以及HDD的記錄密度的提升，對(duì)清潔設(shè)備的需求也在擴(kuò)大，無(wú)塵室內(nèi)置的搬送手臂的需求也急劇升高。在這些搬送手臂中所使用的機(jī)構(gòu)是，由以矢量機(jī)器人為代表的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、直交機(jī)器人中的直動(dòng)機(jī)構(gòu)、亦或這些組合機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在作為發(fā)生源的驅(qū)動(dòng)、支持部分容易通過(guò)油封等方法進(jìn)行密封，因此有高清潔度的優(yōu)點(diǎn)。但是從節(jié)省空間的觀點(diǎn)來(lái)看，直動(dòng)機(jī)構(gòu)有利的情況較多，特別是在用于升降動(dòng)作的升降臺(tái)中使用了直動(dòng)機(jī)構(gòu)。（無(wú)塵室的單位面積成本非常高，因此節(jié)省空間化與清潔化同樣重要。）
這里針對(duì)通過(guò)直動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)清潔搬運(yùn)手臂的的現(xiàn)狀與展望進(jìn)行介紹。。
2.清潔搬運(yùn)手臂的必要特性
（１） 低發(fā)塵
花工夫在晶片面上產(chǎn)生低流動(dòng)來(lái)創(chuàng)造清潔環(huán)境，但是由于周邊物件擾亂空氣，使得升降臺(tái)的一部分發(fā)塵到達(dá)晶片的表面。升降臺(tái)的發(fā)塵要求ISO等級(jí)2～3*)。
液晶相關(guān)設(shè)備的情況下要求ISO等級(jí)4～5。
*) 清潔度基準(zhǔn)粒子直徑（評(píng)價(jià)的最小粒子直徑）和其粒子濃度來(lái)表示，需要注意以前各國(guó)的基準(zhǔn)未統(tǒng)一。現(xiàn)在由ISO統(tǒng)一了規(guī)格，JIS是以ISO為標(biāo)準(zhǔn)的（參照表1）.其中ISO等級(jí)2～3是“1m3的空間中存在直徑0.1μm以上的粒子100～1000個(gè)以下”的意思，相同的測(cè)定值由FED表示的話就記成等級(jí)1。（ 根據(jù)FED.ST.209D，等級(jí)1 = 0.5μm粒子1個(gè) /ft3 = 0.1μm 粒子35個(gè)/ft3= 0.1μm 粒子1000 個(gè)/m3（1ft3=0.0283m3）
（２） 低振動(dòng)
末端作用部的晶片抓取部單是搭載晶片就有許多抓取方式。以下是吸著方式的缺點(diǎn)，伴隨吸著／放開的發(fā)塵無(wú)法避免、卡盤的開關(guān)需要時(shí)間這些問(wèn)題的解決和抓取方式固有的弱點(diǎn)不抗振動(dòng)的缺點(diǎn)，需要通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置的進(jìn)步來(lái)改善。
搬運(yùn)手臂中的晶片的位置偏移會(huì)引起發(fā)塵以及晶片表面的劃傷，因此決不能發(fā)生（一旦發(fā)生偏移在交接晶片會(huì)將偏移量這部分推回使得再次發(fā)生偏移）。抓取方式的晶片所受的抓取力僅與晶片表面的摩擦系數(shù)有關(guān)所以對(duì)振動(dòng)非常敏感。一般要求振動(dòng)加速度在0.1G 以下（rms），但這也包含了啟動(dòng)／停止時(shí)的加減速，抓取方法也是對(duì)動(dòng)作節(jié)拍自身有界限的一種方式。
3. 驅(qū)動(dòng)裝置的清潔度評(píng)價(jià)方法
圖2是本公司的直動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置清潔式樣X(jué)Y模塊3個(gè)機(jī)種用2種評(píng)價(jià)方法測(cè)定發(fā)塵量的結(jié)果。可搭載的質(zhì)量從大到小依次為H、M、S模塊。
低流動(dòng)評(píng)價(jià)是假定在需要高清潔度的使用環(huán)境下，在驅(qū)動(dòng)裝置的發(fā)塵部位測(cè)定清潔度的一種評(píng)價(jià)方式（本數(shù)據(jù)是滑動(dòng)平臺(tái)側(cè)面最大發(fā)塵部所測(cè)得）。另一方面，靜止環(huán)境評(píng)價(jià)是將驅(qū)動(dòng)裝置裝入盒子中，消除除樣品的空氣流和后述的吸引空氣流、以及驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的空氣流意外的外在因素，意在捕捉驅(qū)動(dòng)裝置全體的發(fā)塵的一種評(píng)價(jià)方式。
低流動(dòng)評(píng)價(jià)方式由捕捉局部的發(fā)塵來(lái)大約測(cè)定發(fā)塵量，但實(shí)際上起了反效果。推測(cè)是因?yàn)闃悠肺恢玫陌l(fā)塵已經(jīng)發(fā)生了擴(kuò)散。測(cè)定結(jié)果受發(fā)塵部位和樣品管端的距離、方向的影響，且局部存在發(fā)塵處的情況下會(huì)容易產(chǎn)生較大誤差，這是這種評(píng)價(jià)方式的缺點(diǎn)。從能判斷發(fā)塵處來(lái)看是個(gè)好方法，但作為驅(qū)動(dòng)裝置的性能評(píng)價(jià)來(lái)使用時(shí)，必須充分注意設(shè)定條件。
靜止環(huán)境評(píng)價(jià)因?yàn)闆](méi)有以上問(wèn)題能進(jìn)行高可靠性的發(fā)塵量評(píng)價(jià)，因此之后的評(píng)價(jià)都以此進(jìn)行，這種評(píng)價(jià)方式是NSK評(píng)價(jià)方式。但是需要注意這種評(píng)價(jià)的測(cè)量結(jié)果導(dǎo)致末端作用部的清潔度會(huì)有極大的發(fā)塵量（特別是在低流動(dòng)環(huán)境下末端作用部的清潔度將會(huì)有完全不同的結(jié)果）。
無(wú)論如何都可知直動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的清潔度非常優(yōu)異。接下來(lái)說(shuō)明提高清潔度的構(gòu)造。
4. 清潔化構(gòu)造
4.1. 基本構(gòu)造
4.2. 潤(rùn)滑脂
滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌、軸承的潤(rùn)滑所使用的潤(rùn)滑脂是主要的發(fā)塵源。圖4顯示了滾珠絲杠涂布不同潤(rùn)滑脂時(shí)的的發(fā)塵量。含氟系潤(rùn)滑脂廣發(fā)使用于真空環(huán)境，因其粘度高發(fā)塵量少也可用于清潔環(huán)境。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后的發(fā)塵量是一般潤(rùn)滑脂的1/10。
但是與圖2相比，發(fā)塵量達(dá)到了20倍。理由如下所述，因吸引效果強(qiáng)大所致。再者，本測(cè)定是密閉空間下的發(fā)塵量，可認(rèn)為與實(shí)際使用的開放空間相比值更低。
LG2潤(rùn)滑脂是本公司研發(fā)的清潔用潤(rùn)滑脂，與含氟系潤(rùn)滑脂有相同的發(fā)塵量。并且滾珠絲杠螺母兩端設(shè)計(jì)有迷宮密封圈使得發(fā)塵量低減至1/10 。
LG2潤(rùn)滑脂的特點(diǎn)正是含氟系潤(rùn)滑脂的缺點(diǎn)?！皾?rùn)滑性能差”“動(dòng)摩擦力矩大”“防銹能力差”這些方面上提高至與一般潤(rùn)滑脂同等水平。圖5顯示了動(dòng)摩擦特性。相對(duì)于含氟系潤(rùn)滑脂由高基油粘度而具備低發(fā)塵特性，LG2是不依賴于基油粘度的低發(fā)塵潤(rùn)滑脂。
而且，對(duì)于半導(dǎo)體?液晶（LCD）制造設(shè)備所使用的驅(qū)動(dòng)裝置，正向高溫、大負(fù)載的用途擴(kuò)張。
這時(shí)發(fā)塵物質(zhì)中存在金屬元素成了大問(wèn)題，為了應(yīng)對(duì)此問(wèn)題具有與LG2同樣的發(fā)塵特性并且使用溫度范圍更廣的低發(fā)塵?高溫?低金屬元素含量的清潔潤(rùn)滑脂式樣LGU被開發(fā)及使用。
4.3. 由吸引來(lái)降低發(fā)塵量
這是由真空泵、排氣扇作用于發(fā)塵源而維持負(fù)壓，使得空氣由外部向發(fā)塵源流入，提高清潔度的方法。其中包括滾珠絲桿螺母部分、直線導(dǎo)軌滑塊部分獨(dú)自采用吸引的方法以及驅(qū)動(dòng)裝置全體采用吸引的方法。
前者吸引處位于滑動(dòng)側(cè)并且由于數(shù)量眾多而需要吸引氣管纏繞的空間，而且由于吸引處接近于潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑部位，所以有吸引口被潤(rùn)滑脂堵塞喪失機(jī)能的可能，這些都是存在的問(wèn)題點(diǎn)。后者為防止發(fā)塵所以需要在本體的滑動(dòng)開口部都生成循環(huán)的空氣流，結(jié)果導(dǎo)致了吸引量過(guò)多的缺點(diǎn)。
圖3的驅(qū)動(dòng)裝置采用了后一種方法，但在開口部使用密封皮帶蓋住。密封皮帶的兩端由滑動(dòng)平臺(tái)所固定，本體框架的兩端設(shè)有滑輪來(lái)引導(dǎo)回轉(zhuǎn)這樣的構(gòu)造。密封皮帶與本體框架的溝槽部分形成的迷宮狀的空間里由所產(chǎn)生的高速氣流吸引量降低至60Nl/min（與沒(méi)有密封皮帶相比1/5以下）。
4.4. 由內(nèi)部空氣循環(huán)來(lái)降低發(fā)塵量
直動(dòng)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品中由本體框架所包圍的直動(dòng)部分有類似于活塞一樣的作用，所以移動(dòng)方向的前方的內(nèi)部壓力變高，當(dāng)移動(dòng)至行程末端時(shí)存在將灰塵排出的問(wèn)題（活塞作用），可由以下方法減少這些影響。
(1) 直動(dòng)部分的橫截面積的小型化
直動(dòng)部分由直線導(dǎo)軌滑塊、滾珠絲杠螺母以及它們與工件相結(jié)合的滑動(dòng)平臺(tái)所組成，必須保證末端作用部的固定部的剛度。由于縮小了以上部分的橫截面積，圖3的產(chǎn)品的滑動(dòng)平臺(tái)的末端作用部的固定部分配置于能得到最大剛度的直線導(dǎo)軌的中央位置。
這與舊產(chǎn)品相比，旋轉(zhuǎn)方向剛度提高至1.8倍的同時(shí)由于滑動(dòng)平臺(tái)的薄壁化使得直動(dòng)部分橫截面積可以從77cm 2減少至63cm2 。但是這個(gè)活塞作用在400mm/s的移動(dòng)速度下以151Nl/min的速度排出灰塵，因此這也是直動(dòng)驅(qū)動(dòng)難以實(shí)現(xiàn)高清潔度的巨大原因。
(2) 本體框架兩端的連通
移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)方向后方的空間與前述的相反的作用產(chǎn)生負(fù)壓。因此與前方空間的連通能使前方空間的氣壓得以減小。多數(shù)的驅(qū)動(dòng)裝置本體框架使用了壓出成形的鋁材。具有確保橫截面的剛性和具有多個(gè)中空部分以實(shí)現(xiàn)輕量化這樣的形狀。這些中空部分連通了滑動(dòng)平臺(tái)前后的移動(dòng)空間，容易產(chǎn)生上述的作用。
5. 振動(dòng)
驅(qū)動(dòng)裝置d振動(dòng)問(wèn)題大致可分為2類，需要注意它們的解決方向完全相反。
(1) 振動(dòng)振幅有問(wèn)題的情況
焊線工程（半導(dǎo)體芯片和引線框的接線工程）中，存在無(wú)法通過(guò)振動(dòng)振幅來(lái)確定末端作用部的位置的問(wèn)題，提高剛性、輕量化可提高固有頻率有助于問(wèn)題的改善。
(2) 振動(dòng)加速度有問(wèn)題的情況
出現(xiàn)于晶片搬運(yùn)手臂中。降低剛性會(huì)有固有頻率的下降、振動(dòng)加速度的減小的傾向。但是當(dāng)驅(qū)動(dòng)部分的剛性比較低的時(shí)候，遠(yuǎn)位的晶片部分的振動(dòng)振幅被放大，因此難以確定停止位置。重視驅(qū)動(dòng)部分的剛性，末端作用部在振動(dòng)加速度與振動(dòng)振幅之間取得平衡，這么做比較有效。 圖6顯示了升降用途的驅(qū)動(dòng)裝置的振動(dòng)加速度測(cè)定的例子。
6. 后記
清潔搬運(yùn)手臂將來(lái)的需求將是“減低發(fā)塵量和減小可檢出微粒的半徑”以及“需求擴(kuò)大的同時(shí)降低成本”。
隨著半導(dǎo)體晶體的高集成化，同時(shí)進(jìn)行著減低發(fā)塵量和減小可檢出微粒的半徑，就驅(qū)動(dòng)部來(lái)說(shuō)不久的將來(lái)會(huì)要求至0.05μm的粒子 35個(gè)/m3這種程度。在追求滾動(dòng)引導(dǎo)型驅(qū)動(dòng)裝置的極致性能的同時(shí)，非接觸式驅(qū)動(dòng)、引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)方式所構(gòu)成的搬運(yùn)手臂在今后也可能迎來(lái)需求期。
另一方面，HDD的高密度化，LCD、PDP的普及所需要的組裝?檢查工程中對(duì)清潔搬運(yùn)手臂的需求也在擴(kuò)大，想必今后降低成本的需求也會(huì)越來(lái)越強(qiáng)烈。但是與一般的搬運(yùn)手臂不同，清潔搬運(yùn)手臂有低流動(dòng)等設(shè)備方面的高價(jià)格，所以對(duì)于驅(qū)動(dòng)裝置的需求來(lái)說(shuō)，相較于低成本化更需要能簡(jiǎn)易安裝的高清潔度的產(chǎn)品。
無(wú)論如何期待清潔產(chǎn)品市場(chǎng)的擴(kuò)大的同時(shí)，清潔搬運(yùn)手臂技術(shù)與現(xiàn)今依賴于清潔空氣供給的裝置保持同一水準(zhǔn)的清潔度，日益向有競(jìng)爭(zhēng)力的性能水平的產(chǎn)品成熟發(fā)展。