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1. (WO2017002340) SYSTÈME D'ALIMENTATION ÉLECTRIQUE SANS CONTACT
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明 細 書

発明の名称 非接触式給電システム

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006  

課題を解決するための手段

0007   0008   0009  

図面の簡単な説明

0010  

発明を実施するための形態

0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021  

符号の説明

0022  

請求の範囲

1   2   3   4  

図面

1   2   3  

明 細 書

発明の名称 : 非接触式給電システム

技術分野

[0001]
 本発明は、非接触式給電システムに関し、より詳しくは、給電対象電極を搬送ロボットのロボットハンドに設けた静電チャックの吸着用電極とし、この吸着用電極に非接触で給電するために用いられるものに関する。

背景技術

[0002]
 この種の非接触式給電システムは例えば特許文献1で知られている。このものは、所謂フログレッグ式の搬送ロボットにてそのロボットハンドに設けた吸着用電極に対して非接触で給電する場合を例に説明すると、対向配置される一対の電極間で機械的に分離されたキャパシタと、電極の一方に接続される給電回路ユニットと、他方の電極と吸着用電極との間に接続される受電回路ユニットとを備える。この場合、キャパシタの一方の電極は、回転軸に同心に設けられる筒状部材で構成され、一方の電極に対して電極間距離を一定に維持しながら相対移動するように他方の電極が回転軸に外挿される。
[0003]
 給電回路ユニットとしては、キャパシタを含む共振回路の共振周波数で発振する自励発振器と変調器とこれらの部品の作動を制御する第1の制御手段とを有し、所定の振幅に変調された搬送波を供給する。受電回路ユニットとしては、吸着用電極に並列に設けた抵抗と、抵抗両端の搬送波を整流する整流回路と吸着用電極間に逆電圧を印加する極性切換回路と、これらの部品の作動を制御する第2の制御手段とを有し、一対の吸着用電極に直流電圧を印加してロボットハンドへのシリコンウエハなどの基板の静電吸着または解除を行うようになっている。
[0004]
 ここで、上記従来例では、第1及び第2の両制御手段間で例えば無線通信させてロボットハンドへのワークの静電吸着または解除を行うことが例示されているが、通信機器を別途設けるのでは、装置構成が複雑になるばかりか、受電回路ユニットの消費電力も多くなり、コスト高を招来するという不具合がある。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開2013-235991号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 本発明は、以上の点に鑑み、別途の通信機器を用いることなく、非接触給電を行う際に通信も行い得るように構成した低コストの非接触式給電システムを提供することをその課題とするものである。

課題を解決するための手段

[0007]
 上記課題を解決するために、対向配置される一対の電極間で機械的に分離されるキャパシタと、キャパシタの一方の電極に接続される給電回路ユニットと、キャパシタの他方の電極に接続される受電回路ユニットとを備え、給電対象電極に対して直流電圧を印加する本発明の非接触式給電システムは、給電回路ユニットが、キャパシタと共に直列共振回路を構成する発振器と振幅変調を加える変調器と給電回路ユニットの作動を制御する第1の制御手段とを有し、互いに異なる振幅に変調された搬送波をキャパシタの一方の電極に供給可能なものであり、受電回路ユニットが、キャパシタを通して供給される搬送波を整流する整流回路とこの整流回路で整流された直流電圧を給電対象電極に対して選択的に印加する切換回路と受電回路ユニットの作動を制御する第2の制御手段とを有し、第1振幅に変調された搬送波を電力供給用搬送波、第2振幅に変調された搬送波を制御信号用搬送波として、第2の制御手段は、給電回路ユニットからキャパシタを通して受電回路ユニットに電力供給用搬送波を供給している間に供給される制御信号用搬送波を基に切換回路の作動を制御するように構成したことを特徴とする。
[0008]
 本発明によれば、給電回路ユニットからキャパシタを介して受電回路ユニットに供給される電力供給用搬送波に重畳する形式で、異なる振幅に変調された制御信号用搬送波を供給することによって第1の制御手段と第2の制御手段との間で通信される構成を採用したため、別途の通信機器を用いることなく、非接触給電を行う際に制御信号の通信も行うことができ、しかも、通信機器を省略できることで、非接触式給電システムが搭載される装置の複雑化を招くことがなく、その上、省消費電力化及び低コスト化を図ることができる。なお、本発明において、「直流電圧を給電対象電極に対して選択的に印加する」といった場合、例えば、給電対象電極に対して直流電圧を印加する場合、逆電位の直流電圧を印加する場合または直流電圧の印加を停止する場合が含まれる。
[0009]
 本発明においては、前記第2の制御手段は、例えば、制御信号用搬送波が供給された回数で制御内容を把握するように構成すればよい。他方、前記給電回路ユニットは前記第1振幅に変調された前記搬送波を出力したときの電流をモニターする電流計を更に備え、前記受電回路ユニットは、前記第1振幅に変調された前記搬送波を負荷に接続する負荷接続回路を更に備え、第1の制御手段は、第2の制御手段により負荷接続回路を制御したときの負荷変動に伴う電流値の変化から帰還制御信号を受信するように構成すれば、第1及び第2の両制御手段の間での相互通信が実現できる。なお、本発明において、前記給電対象電極は、搬送ロボットのロボットハンドに設けた静電チャックの吸着用電極に適用することができる。

図面の簡単な説明

[0010]
[図1] 本発明の実施形態の非接触式給電システムが搭載された搬送ロボットの構成を示す斜視図。
[図2] 非接触式給電システムの構成を説明する図。
[図3] 第1及び第2の両制御手段の間にて相互通信するときの給電回路ユニットからの第1搬送波または第2搬送波と出力波形と、電流計で測定する電流値の変化とを示すグラフ。

発明を実施するための形態

[0011]
 以下、図面を参照して、給電対象電極を、搬送ロボットTrのロボットハンドに設けた静電チャックの吸着用電極とした場合を例に本発明の非接触式給電システムPSの実施形態を説明する。
[0012]
 図1を参照して、Trは、本発明の非接触式給電システムPSを搭載した所謂フログレッグ式の搬送ロボットである。搬送ロボットTrは、例えば複数の処理室を有する真空処理装置の搬送室内に配置され、処理対象物としてのウエハWを処理室間で搬送するものであり、同心状に配置され、図外の駆動源により夫々回転駆動される2本の回転軸1a,1bと、この回転軸1a,1bに夫々連結され、先端にロボットハンド2を有するロボットアーム3とで構成されている。そして、ロボットハンド2に静電チャックの吸着用電極4a,4bが夫々設けられている。特に図示して説明しないが、回転軸1a,1bに直動モータやエアーシリンダ等の昇降手段が付設され、各処理室にてウエハWを受取りまたは受渡しする際に、回転軸1a,1b、ひいては、ロボットハンド2を鉛直方向に昇降できるようにしている。
[0013]
 非接触式給電システムPSは、対向配置される一対の電極5a,5b間で機械的に分離されるキャパシタ5と、キャパシタ5の一方の電極5aに接続される給電回路ユニット6と、キャパシタ5の他方の電極5bに接続される受電回路ユニット7とを備える。キャパシタ5の他方の電極5bは、径方向外側に位置する回転軸1bの外表面に一体に設けられ、一方の電極5aは、電極間距離を一定に維持しながら相対移動するように、回転軸1bに外挿した金属製の筒状部材から構成されている(所謂エアーギャップ式のもの)。
[0014]
 両電極5a,5b相互間の距離は、用途に応じて、キャパシタ5に加わる電圧がパッシェンの法則で制限される放電電圧以下となるように適宜選択される。また、両電極5a,5bの表面積は、切換回路73などの回路の負荷によって適宜選択することができ、両電極5a,5bの対向する面積は同一である必要はない。この場合、キャパシタ5としては、静電容量が50pF~300pFの範囲のものを用いることができる。静電容量が50pFより小さいと、コンデンサ5や配線などのアース電位に対する浮遊容量があるため、現実的ではなく、また、静電容量が300pFより大きいと、両電極5a,5bが大きくなり過ぎて搬送ロボットTrへの組み付けが困難になるという問題が生じる。
[0015]
 図2も参照して、給電回路ユニット6は、例えば搬送ロボットTrが配置される搬送室外に設けられてキャパシタ5の一方の電極5aに配線接続されている。給電回路ユニット6は、キャパシタ5と共に直列共振回路を構成する発振器61と、振幅変調を加える変調器62と、給電回路ユニット6の作動を制御する第1の制御手段63とを有し、互いに異なる振幅に変調された搬送波をキャパシタ5の一方の電極5aに供給できるようになっている。直列共振回路としては、例えば公知の構造を有するオシレーターを用いて構成することができる。この場合、後述するように、搬送ロボットTrに受電回路ユニット7を搭載しようとする場合、組み込み可能なサイズを考慮すると、受電回路ユニット7でのインダクタンスが50mH程度が限界であることから、コンデンサ5の静電容量を考慮し、駆動周波数は100kHz~1MHzの範囲に設定される。また、第1の制御手段63としては、発振器61,変調器62の作動を統括制御する、マイコンやメモリー等を備えた公知のものが用いられる。また、給電回路ユニット6には、第1振幅に変調された搬送波を出力したときの電流をモニターする電流計64が設けられ、後述するように負荷変動に伴う電流値の変化から帰還制御信号を第1の制御手段63が受信するようにしている。
[0016]
 受電回路ユニット7は、ロボットアーム3の下面に取り付けられた金属製の筺体7a内に収納され、抵抗71と、キャパシタ5の他方の電極5bを通してこの抵抗71の両端に供給された搬送波を整流する整流回路72と、吸着用電極4a,4bに夫々配線接続されて整流回路72で整流された直流電圧を吸着用電極4a,4bに対して選択的に印加する切換回路73と、搬送波を負荷に接続する負荷接続回路74と、これらの作動を制御する、マイコンやメモリー等を備えた公知の第2の制御手段75とを備える。整流回路72としてはダイオードなどを用いた公知のものが利用できる。また、切換回路73としては、例えば4個のスイッチングトランジスタを用いてブリッジ回路を構成するようにした公知のものが利用でき、第2の制御手段75によりブリッジ回路の各スイッチングトランジスタのオンオフを適宜制御することで、一対の吸着用電極4a,4bに対して直流電圧を印加したり、一対の吸着用電極4a,4bに対して逆電位の直流電圧を印加したり、各スイッチングトランジスタのオフした状態で一対の吸着用電極4a,4bをアース接地したりすることができる。また、第2の制御手段75には図示省略の復調回路を介して搬送波が入力され、第2搬送波が出力されたことが認識できるようになっている。負荷接続回路74としては、リレー回路などのスイッチング素子を備え、スイッチング素子の切換えにより図外の抵抗を介してアース接地できるようにしている。以下に、ウエハWをロボットハンド2の表面で静電吸着する場合を例に、吸着用電極4a,4bへの直流電圧を印加並びに給電回路ユニット6と受電回路ユニット7との間での相互通信について図3も参照して説明する。
[0017]
 先ず、給電回路ユニット6の発振器61から所定周波数の搬送波を出力し、変調器62にて第1振幅に振幅変調をかけ、第1振幅に変調されたものを電力供給用搬送波Pwとしてキャパシタ5を通して供給する。このとき、切換回路73の全てのスイッチングトランジスタをオフ状態とする。そして、吸着用電極4a,4b間に吸着用(直流)電圧を印加するのに際しては、変調器62にて、第1振幅と異なる振幅の第2振幅に振幅変調をかけ、第2振幅に変調されたものを制御信号用搬送波Cwとしてキャパシタ5を通して供給する。
[0018]
 すると、第2の制御手段75は、所定周期で出力される制御信号用搬送波Cwの供給回数で制御内容を把握し、即ち、図3中、上側に示すように、例えば2回制御信号用搬送波Cwが供給されたことを第2の制御手段75により認識されると、第2の制御手段75は負荷接続回路74を制御し、予め設定された対応関係で間欠的に負荷に接続する。これにより、給電回路ユニット6の電流計64で測定される電流値を複数回、例えば、図3中、下側に示すように2回変化させることで、これを受電回路ユニット7からの帰還制御信号Rwとし、給電回路ユニット6の第1の制御手段63は、この第1の制御手段63が出力した制御内容を受電回路ユニット7の第2の制御手段75が受信したことを認識できる。そして、第2の制御手段75により切換回路73の各スイッチングトランジスタを適宜オンして、一方の吸着用電極4aに正の電圧(例えば、+450V)、他方の吸着用電極4bに負の電圧(例えば、-450V)が印加され、これにより、ウエハWがロボットハンド2に静電吸着される。
[0019]
 次に、ウエハWのロボットハンド2での静電吸着を解除するのに際しては、上記と同様、変調器62にて、第1振幅と異なる振幅の第2振幅に振幅変調をかけ、第2振幅に変調されたものを制御信号用搬送波Cwとしてキャパシタ5を通して供給する。すると、第2の制御手段75は、所定周期で出力される制御信号用搬送波の供給回数で制御内容を把握し、即ち、例えば3回制御信号用搬送波Pwが供給されたことを第2の制御手段75により認識されると、切換回路73の全てのスイッチングトランジスタがオフ状態にされ、一対の吸着用電極4a,4bがアース接地され、ウエハWの静電吸着が解除される。このとき、ウエハWの静電吸着を確実に解除するために、一対の吸着用電極4a,4bをアース接地するのに先立って、切換回路73の各スイッチングトランジスタを適宜制御して、一方の吸着用電極4aに負の電圧(例えば、-450V)、他方の吸着用電極4bに正の電圧(例えば、+450V)が所定時間だけ印加するようにしてもよい。この場合もまた、第2の制御手段75が負荷接続回路74を制御し、予め設定された対応関係で間欠的に負荷に接続するようにしてもよい。これにより、給電回路ユニット6の電流計64で測定される電流値を複数回、例えば、図3中、下側に示すように3回変化させることで、これを受電回路ユニット7からの帰還制御信号Rwとし、給電回路ユニット6の第1の制御手段63は、この第1の制御手段63が出力した制御内容を受電回路ユニット7の第2の制御手段75が受信したことを認識できる。なお、ウエハWを順次静電吸着して搬送するような場合には、残留電荷の蓄積を抑制するために、一方の吸着用電極4aと他方の吸着用電極4bとに連続して同一の極性の電圧が印加されないように制御することが好ましい。
[0020]
 以上の実施形態によれば、給電回路ユニット6からキャパシタ5を介して受電回路ユニット7に供給される電力供給用搬送波Pwに重畳する形式で、異なる振幅に変調された制御信号用搬送波Cwを供給することによって第1の制御手段63と第2の制御手段75との間で通信される構成を採用したため、別途の通信機器を用いることなく、非接触給電を行う際に制御信号の通信も行うことができ、しかも、通信機器を省略できることで、非接触式給電システムが搭載される装置の複雑化を招くことがなく、その上、省消費電力化及び低コスト化を図ることができる。
[0021]
 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記ものに限定されるものではない。上記実施形態では、単一の発振器61を用いるものを例に説明したが、発振器を複数使用し、これを適宜切り換えて搬送波を出力するようにしてもよい。また、上記実施形態では、受電回路ユニット7に負荷接続回路74を設けたものを例に説明したが、これを省略して、切換回路73で兼用することもできる。また、第2の制御手段75が所定周期で出力される制御信号用搬送波の供給回数で制御内容を把握するものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば電圧変動値や振幅変調時間から制御内容を把握することもできる。他方で、負荷接続回路74により負荷変動を生じさせ、給電回路ユニット6の電流計64で測定する電流値を複数回変化させることで、これを受電回路ユニット7からの帰還制御信号としたものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、電圧変動値から制御内容を把握することもできる。

符号の説明

[0022]
 PS…非接触式給電システム、5…キャパシタ、5a,5b…一対の電極、6…給電回路ユニット、61…発振器、62…変調器、63…第1の制御手段、64…電流計、7…受電回路ユニット、72…整流回路、73…切換回路、74…負荷接続回路、75…第2の制御手段。

請求の範囲

[請求項1]
 対向配置される一対の電極間で機械的に分離されるキャパシタと、キャパシタの一方の電極に接続される給電回路ユニットと、キャパシタの他方の電極に接続される受電回路ユニットとを備え、給電対象電極に対して直流電圧を印加する非接触式給電システムにおいて、
 給電回路ユニットが、キャパシタと共に直列共振回路を構成する発振器と振幅変調を加える変調器と給電回路ユニットの作動を制御する第1の制御手段とを有し、互いに異なる振幅に変調された搬送波をキャパシタの一方の電極に供給可能なものであり、
 受電回路ユニットが、キャパシタを通して供給される搬送波を整流する整流回路とこの整流回路で整流された直流電圧を給電対象電極に対して選択的に印加する切換回路と受電回路ユニットの作動を制御する第2の制御手段とを有し、
 第1振幅に変調された搬送波を電力供給用搬送波、第2振幅に変調された搬送波を制御信号用搬送波として、第2の制御手段は、給電回路ユニットからキャパシタを通して受電回路ユニットに電力供給用搬送波を供給している間に供給される制御信号用搬送波を基に切換回路の作動を制御するように構成したことを特徴とする非接触式給電システム。
[請求項2]
 前記第2の制御手段は、制御信号用搬送波が供給された回数で制御内容を把握するように構成したことを特徴とする請求項1記載の非接触式給電システム。
[請求項3]
 前記給電回路ユニットは前記第1振幅に変調された前記搬送波を出力したときの電流をモニターする電流計を更に備え、前記受電回路ユニットは、前記第1振幅に変調された前記搬送波を負荷に接続する負荷接続回路を更に備え、第1の制御手段は、第2の制御手段により負荷接続回路を制御したときの負荷変動に伴う電流値の変化から帰還制御信号を受信するように構成したことを特徴とする請求項1または請求項2記載の非接触式給電システム。
[請求項4]
 前記給電対象電極は、搬送ロボットのロボットハンドに設けた静電チャックの吸着用電極であることを特徴とする請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の非接触式給電システム。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]