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，對清潔設(shè)備的需求也在擴大，無塵室內(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構(gòu)是，由以矢量機器人為代表的回轉(zhuǎn)機構(gòu)、直交機器人中的直動機構(gòu)、亦或這些組合機構(gòu)所構(gòu)成。
回轉(zhuǎn)機構(gòu)在作為發(fā)生源的驅(qū)動、支持部分容易通過油封等方法進行密封，因此有高清潔度的優(yōu)點。但是從節(jié)省空間的觀點來看，直動機構(gòu)有利的情況較多，特別是在用于升降動作的升降臺中使用了直動機構(gòu)。（無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。）
這里針對通過直動機構(gòu)驅(qū)動裝置來實現(xiàn)清潔搬運手臂的的現(xiàn)狀與展望進行介紹。。
2.清潔搬運手臂的必要特性
（１） 低發(fā)塵
花工夫在晶片面上產(chǎn)生低流動來創(chuàng)造清潔環(huán)境，但是由于周邊物件擾亂空氣，使得升降臺的一部分發(fā)塵到達晶片的表面。升降臺的發(fā)塵要求ISO等級2～3*)。
液晶相關(guān)設(shè)備的情況下要求ISO等級4～5。
*) 清潔度基準粒子直徑（評價的最小粒子直徑）和其粒子濃度來表示，需要注意以前各國的基準未統(tǒng)一?，F(xiàn)在由ISO統(tǒng)一了規(guī)格，JIS是以ISO為標準的（參照表1）.其中ISO等級2～3是“1m3的空間中存在直徑0.1μm以上的粒子100～1000個以下”的意思，相同的測定值由FED表示的話就記成等級1。（ 根據(jù)FED.ST.209D，等級1 = 0.5μm粒子1個 /ft3 = 0.1μm 粒子35個/ft3= 0.1μm 粒子1000 個/m3（1ft3=0.0283m3）
（２） 低振動
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，伴隨吸著／放開的發(fā)塵無法避免、卡盤的開關(guān)需要時間這些問題的解決和抓取方式固有的弱點不抗振動的缺點，需要通過驅(qū)動裝置的進步來改善。
搬運手臂中的晶片的位置偏移會引起發(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)所以對振動非常敏感。一般要求振動加速度在0.1G 以下（rms），但這也包含了啟動／停止時的加減速，抓取方法也是對動作節(jié)拍自身有界限的一種方式。
3. 驅(qū)動裝置的清潔度評價方法
圖2是本公司的直動驅(qū)動裝置清潔式樣XY模塊3個機種用2種評價方法測定發(fā)塵量的結(jié)果?？纱钶d的質(zhì)量從大到小依次為H、M、S模塊。
低流動評價是假定在需要高清潔度的使用環(huán)境下，在驅(qū)動裝置的發(fā)塵部位測定清潔度的一種評價方式（本數(shù)據(jù)是滑動平臺側(cè)面最大發(fā)塵部所測得）。另一方面，靜止環(huán)境評價是將驅(qū)動裝置裝入盒子中，消除除樣品的空氣流和后述的吸引空氣流、以及驅(qū)動裝置的運動所產(chǎn)生的空氣流意外的外在因素，意在捕捉驅(qū)動裝置全體的發(fā)塵的一種評價方式。
低流動評價方式由捕捉局部的發(fā)塵來大約測定發(fā)塵量，但實際上起了反效果。推測是因為樣品位置的發(fā)塵已經(jīng)發(fā)生了擴散。測定結(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)塵處的情況下會容易產(chǎn)生較大誤差，這是這種評價方式的缺點。從能判斷發(fā)塵處來看是個好方法，但作為驅(qū)動裝置的性能評價來使用時，必須充分注意設(shè)定條件。
靜止環(huán)境評價因為沒有以上問題能進行高可靠性的發(fā)塵量評價，因此之后的評價都以此進行，這種評價方式是NSK評價方式。但是需要注意這種評價的測量結(jié)果導(dǎo)致末端作用部的清潔度會有極大的發(fā)塵量（特別是在低流動環(huán)境下末端作用部的清潔度將會有完全不同的結(jié)果）。
無論如何都可知直動驅(qū)動裝置的清潔度非常優(yōu)異。接下來說明提高清潔度的構(gòu)造。
4. 清潔化構(gòu)造
4.1. 基本構(gòu)造
4.2. 潤滑脂
滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌、軸承的潤滑所使用的潤滑脂是主要的發(fā)塵源。圖4顯示了滾珠絲杠涂布不同潤滑脂時的的發(fā)塵量。含氟系潤滑脂廣發(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)過一段時間后的發(fā)塵量是一般潤滑脂的1/10。
但是與圖2相比，發(fā)塵量達到了20倍。理由如下所述，因吸引效果強大所致。再者，本測定是密閉空間下的發(fā)塵量，可認為與實際使用的開放空間相比值更低。
LG2潤滑脂是本公司研發(fā)的清潔用潤滑脂，與含氟系潤滑脂有相同的發(fā)塵量。并且滾珠絲杠螺母兩端設(shè)計有迷宮密封圈使得發(fā)塵量低減至1/10 。
LG2潤滑脂的特點正是含氟系潤滑脂的缺點。“潤滑性能差”“動摩擦力矩大”“防銹能力差”這些方面上提高至與一般潤滑脂同等水平。圖5顯示了動摩擦特性。相對于含氟系潤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)塵潤滑脂。
而且，對于半導(dǎo)體?液晶（LCD）制造設(shè)備所使用的驅(qū)動裝置，正向高溫、大負載的用途擴張。
這時發(fā)塵物質(zhì)中存在金屬元素成了大問題，為了應(yīng)對此問題具有與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滑脂式樣LGU被開發(fā)及使用。
4.3. 由吸引來降低發(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)軌滑塊部分獨自采用吸引的方法以及驅(qū)動裝置全體采用吸引的方法。
前者吸引處位于滑動側(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滑脂潤滑部位，所以有吸引口被潤滑脂堵塞喪失機能的可能，這些都是存在的問題點。后者為防止發(fā)塵所以需要在本體的滑動開口部都生成循環(huán)的空氣流，結(jié)果導(dǎo)致了吸引量過多的缺點。
圖3的驅(qū)動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平臺所固定，本體框架的兩端設(shè)有滑輪來引導(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（與沒有密封皮帶相比1/5以下）。
4.4. 由內(nèi)部空氣循環(huán)來降低發(fā)塵量
直動驅(qū)動產(chǎn)品中由本體框架所包圍的直動部分有類似于活塞一樣的作用，所以移動方向的前方的內(nèi)部壓力變高，當移動至行程末端時存在將灰塵排出的問題（活塞作用），可由以下方法減少這些影響。
(1) 直動部分的橫截面積的小型化
直動部分由直線導(dǎo)軌滑塊、滾珠絲杠螺母以及它們與工件相結(jié)合的滑動平臺所組成，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)品的滑動平臺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倍的同時由于滑動平臺的薄壁化使得直動部分橫截面積可以從77cm 2減少至63cm2 。但是這個活塞作用在400mm/s的移動速度下以151Nl/min的速度排出灰塵，因此這也是直動驅(qū)動難以實現(xiàn)高清潔度的巨大原因。
(2) 本體框架兩端的連通
移動平臺的移動方向后方的空間與前述的相反的作用產(chǎn)生負壓。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中空部分以實現(xiàn)輕量化這樣的形狀。這些中空部分連通了滑動平臺前后的移動空間，容易產(chǎn)生上述的作用。
5. 振動
驅(qū)動裝置d振動問題大致可分為2類，需要注意它們的解決方向完全相反。
(1) 振動振幅有問題的情況
焊線工程（半導(dǎo)體芯片和引線框的接線工程）中，存在無法通過振動振幅來確定末端作用部的位置的問題，提高剛性、輕量化可提高固有頻率有助于問題的改善。
(2) 振動加速度有問題的情況
出現(xiàn)于晶片搬運手臂中。降低剛性會有固有頻率的下降、振動加速度的減小的傾向。但是當驅(qū)動部分的剛性比較低的時候，遠位的晶片部分的振動振幅被放大，因此難以確定停止位置。重視驅(qū)動部分的剛性，末端作用部在振動加速度與振動振幅之間取得平衡，這么做比較有效。 圖6顯示了升降用途的驅(qū)動裝置的振動加速度測定的例子。
6. 后記
清潔搬運手臂將來的需求將是“減低發(fā)塵量和減小可檢出微粒的半徑”以及“需求擴大的同時降低成本”。
隨著半導(dǎo)體晶體的高集成化，同時進行著減低發(fā)塵量和減小可檢出微粒的半徑，就驅(qū)動部來說不久的將來會要求至0.05μm的粒子 35個/m3這種程度。在追求滾動引導(dǎo)型驅(qū)動裝置的極致性能的同時，非接觸式驅(qū)動、引導(dǎo)驅(qū)動方式所構(gòu)成的搬運手臂在今后也可能迎來需求期。
另一方面，HDD的高密度化，LCD、PDP的普及所需要的組裝?檢查工程中對清潔搬運手臂的需求也在擴大，想必今后降低成本的需求也會越來越強烈。但是與一般的搬運手臂不同，清潔搬運手臂有低流動等設(shè)備方面的高價格，所以對于驅(qū)動裝置的需求來說，相較于低成本化更需要能簡易安裝的高清潔度的產(chǎn)品。
無論如何期待清潔產(chǎn)品市場的擴大的同時，清潔搬運手臂技術(shù)與現(xiàn)今依賴于清潔空氣供給的裝置保持同一水準的清潔度，日益向有競爭力的性能水平的產(chǎn)品成熟發(fā)展。