ロボットアーム及び搬送装置
【課題】ロボットアームを構成する部材に、高いアライメント精度を要求することなく、その動作を実現することができるロボットアーム及びこれを用いた搬送装置を提供すること。
【解決手段】ガイド機構１０は、上述のガイド軸１５と、これらガイド軸１５の動きをガイドする部材としてガイドプレート１６とを備えている。ガイドプレート１６には、ガイド軸１５が挿通されるガイド穴１７ａを形成するためのガイド穴形成部材１７が固定されている。ガイド穴１７ａは、一方向であるＸ軸方向に長い形状に形成され、ガイドプレート１６をベースとしてガイド軸１５がＸ軸方向に移動するようにそれの動きをガイドする。軸受ローラ１８の外周面１８ａと、ガイド穴形成部材１７の内側壁１７ｂとの間には隙間Ｑが設けられている。これにより、実質的に重力方向でガイド軸１５の自由度を維持でき、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８のＹ軸方向の動きの自由度も確保される。
【解決手段】ガイド機構１０は、上述のガイド軸１５と、これらガイド軸１５の動きをガイドする部材としてガイドプレート１６とを備えている。ガイドプレート１６には、ガイド軸１５が挿通されるガイド穴１７ａを形成するためのガイド穴形成部材１７が固定されている。ガイド穴１７ａは、一方向であるＸ軸方向に長い形状に形成され、ガイドプレート１６をベースとしてガイド軸１５がＸ軸方向に移動するようにそれの動きをガイドする。軸受ローラ１８の外周面１８ａと、ガイド穴形成部材１７の内側壁１７ｂとの間には隙間Ｑが設けられている。これにより、実質的に重力方向でガイド軸１５の自由度を維持でき、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８のＹ軸方向の動きの自由度も確保される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多関節型のロボットアーム及びこれを用いた搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多関節型のロボットアームを用いた搬送装置として、特許文献１には、大型の基板を、コンパクトなスペースで搬送する搬送装置が開示されている。この搬送装置は、レバー１１及び１２でなる平行リンクとレバー１５及び２０でなる平行リンクとを有する搬送アームと、これらの平行リンクの間に接続されたリニアガイド２２とを備えている。リニアガイド２２は、レバー２１の支点Ｅをスライド可能に支持するガイドレール２４を有するガイドブロック１６を備えている。リニアガイド２２が設けられることにより、レバー１５及び２０による平行リンクの作用点であるレバー２１の直線上での移動量を大きくしている（例えば、特許文献１の明細書段落[０００７]、[０００８]、[００１９]、図１、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０２２４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の搬送装置では、レバー１５の支点Ｅがガイドレール２４に締結された状態であるので、搬送アームが所望の動作を行うためには、リニアガイド２２を構成する各部材に非常に高いアライメント精度が要求される。
【０００５】
特に、実際に搬送アームが基板を搬送する場合において、特許文献１の図３（ａ）（または図３（ｃ））に示す状態では、レバー１５及び２１でなる平行リンクには、その自重及び基板の重量によって、レバー２１の部分が最も下に位置するように撓みが発生する。その撓みの発生により、レバー１５の支点Ｅとガイドブロック１６との締結部分には応力が発生するので、上記のようにその締結部分のアライメント精度を非常に高く維持していない場合、締結部分の磨耗等が激しくなる等、その締結部分の耐久性の問題がある。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ロボットアームを構成する部材に、高いアライメント精度を要求することなく、その動作を実現することができるロボットアーム及びこれを用いた搬送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るロボットアームは、第１の平行リンク機構と、第２の平行リンク機構と、第１の連結軸と、ガイド軸と、ガイド部材と、第２の連結軸とを具備する。
前記第２の平行リンク機構は、作用端と、前記作用端の反対側の端部とを有する。
前記第１の連結軸は、前記第２の平行リンク機構の前記作用端及び前記端部の間で、前記第１の平行リンク機構及び前記第２の平行リンク機構を相対的に回転可能に連結する。
前記ガイド軸は、前記第２の平行リンク機構の前記端部に回転可能に接続されている。
前記ガイド部材は、前記ガイド軸が挿通されたガイド穴を有する。また、前記ガイド部材は、前記第２の平行リンク機構の前記作用端の移動のために前記第１の平行リンク機構が駆動される時に、前記ガイド穴に沿って前記ガイド軸を移動させるように、かつ、前記ガイド軸が前記ガイド穴によるガイドの方向とは異なる方向に動くための前記ガイド軸の自由度を維持するように、前記第２の平行リンク機構の前記端部の動きをガイドする。
前記第２の連結軸は、前記第１の平行リンク機構及び前記ガイド部材を相対的に回転可能に連結する。
【０００８】
本発明の一形態に係る搬送装置は、ロボットアームと、前記ロボットアームに接続され、前記第１の平行リンク機構を回転駆動する駆動ユニットとを具備する。
前記ロボットアームは、第１の平行リンク機構と、保持部と、第２の平行リンク機構と、第１の連結軸と、ガイド軸と、ガイド部材と、第２の連結軸とを有する。
前記保持部は、搬送対象物を保持することが可能である。
前記第２の平行リンク機構は、前記保持部が装着された作用端と、前記作用端と反対側の端部とを有する。
前記第１の連結軸は、前記第２の平行リンク機構の前記作用端及び前記端部の間で、前記第１の平行リンク機構及び前記第２の平行リンク機構を相対的に回転可能に連結する。
前記ガイド軸は、前記第２の平行リンク機構の前記端部に回転可能に接続されている。
前記ガイド部材は、前記ガイド軸が挿通されたガイド穴を有する。また、前記ガイド部材は、前記第２の平行リンク機構の前記作用端の移動のために前記第１の平行リンク機構が駆動される時に、前記ガイド穴に沿って前記ガイド軸を移動させるように、かつ、前記ガイド軸が前記ガイド穴によるガイドの方向とは異なる方向に動くための前記ガイド軸の自由度を維持するように、前記第２の平行リンク機構の前記端部の動きをガイドする。
前記第２の連結軸は、前記第１の平行リンク機構及び前記ガイド部材を相対的に回転可能に連結する。
【発明の効果】
【０００９】
以上、本発明によれば、ロボットアームを構成する部材に、高いアライメント精度を要求することなく、ロボットアームの動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る多関節型のロボットアームを搭載した搬送装置を示す斜視図である。
【図２】ガイド機構の一方のガイド軸の付近を拡大して示した断面図である。
【図３】ガイド機構のガイド穴付近をさらに拡大して示した断面図である。
【図４】第１アーム、第２アーム、第３アーム、リンク部材及びガイド機構の相互の接続関係を示す図である。
【図５】旋回ブロック内の構造及び駆動ユニットの一部を示す模式的な断面図である。
【図６】旋回ブロック内のギアの係合状態を示す平面図である。
【図７】ロボットアームの動作を説明するための平面図であり、保持部が後方側にある状態を示している。
【図８】ロボットアームの動作を説明するための平面図であり、保持部が中央にある状態を示している。
【図９】ロボットアームの動作を説明するための平面図であり、保持部が前方側にある状態を示している。
【図１０】図７に対応するロボットアームの斜視図である。
【図１１】図８に対応するロボットアームの斜視図である。
【図１２】ロボットアームの作用効果の１つを説明するための図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係るガイド機構の軸受ローラ付近を拡大して示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
一形態に係るロボットアームは、第１の平行リンク機構と、第２の平行リンク機構と、第１の連結軸と、ガイド軸と、ガイド部材と、第２の連結軸とを具備する。
前記第２の平行リンク機構は、作用端と、前記作用端の反対側の端部とを有する。
前記第１の連結軸は、前記第２の平行リンク機構の前記作用端及び前記端部の間で、前記第１の平行リンク機構及び前記第２の平行リンク機構を相対的に回転可能に連結する。
前記ガイド軸は、前記第２の平行リンク機構の前記端部に回転可能に接続されている。
前記ガイド部材は、前記ガイド軸が挿通されたガイド穴を有する。また、前記ガイド部材は、前記第２の平行リンク機構の前記作用端の移動のために前記第１の平行リンク機構が駆動される時に、前記ガイド穴に沿って前記ガイド軸を移動させるように、かつ、前記ガイド軸が前記ガイド穴によるガイドの方向とは異なる方向に動くための前記ガイド軸の自由度を維持するように、前記第２の平行リンク機構の前記端部の動きをガイドする。
前記第２の連結軸は、前記第１の平行リンク機構及び前記ガイド部材を相対的に回転可能に連結する。
【００１２】
ガイド穴によるガイド方向にのみガイド軸の自由度が設けられるのではなく、ガイド軸がガイド部材に対してガイド方向とは異なる方向に動くための自由度も確保されている。したがって、ロボットアームを構成する部材に、高いアライメント精度は不要となり、従来のように部材同士の締結部分の磨耗等も低減されるため、高い耐久性も不要となる。
【００１３】
前記ロボットアームは、前記ガイド穴内で前記ガイド軸に装着された軸受ローラをさらに具備してもよい。これにより、ガイド軸がガイド穴でそのガイド方向に移動する時にガイド軸が安定し、その移動時の摺動抵抗を減らすことができる。
【００１４】
前記ガイド部材は、前記ガイド穴を形成する内側壁を有し、前記軸受ローラは、前記内側壁との間に隙間をあけて設けられていてもよい。これにより、軸受ローラの軸方向及びそのガイド方向に直交する方向の両自由度を確保することができる。例えばガイド軸の軸方向が重力（または重力成分を含む）方向である場合には、第１及び第２の平行リンク機構の相対的位置によっては、ガイド軸が上下動する方向あるいは傾く方向の力がガイド軸に加えられる場合がある。そのような場合に、ガイド軸がその重力方向で上下できる程度の自由度を維持できることにより、ガイド軸及びガイド部材等の磨耗等による劣化を抑えることができる。
【００１５】
前記軸受ローラは、クラウニング加工が施されたクラウニング加工部を有する外周面を有してもよい。これにより、軸受ローラがガイド穴の内側壁に当接する時に、両者に働く極圧作用を緩和することができる。
【００１６】
前記ガイド部材による前記ガイド軸の前記ガイド方向は、前記ガイド軸に垂直な面内で、かつ、前記作用端の動く方向に直交する方向であってもよい。
【００１７】
一形態に係る搬送装置は、ロボットアームと、前記ロボットアームに接続され、前記第１の平行リンク機構を回転駆動する駆動ユニットとを具備する。
前記ロボットアームは、第１の平行リンク機構と、保持部と、第２の平行リンク機構と、第１の連結軸と、ガイド軸と、ガイド部材と、第２の連結軸とを有する。
前記保持部は、搬送対象物を保持することが可能である。
前記第２の平行リンク機構は、前記保持部が装着された作用端と、前記作用端と反対側の端部とを有する。
前記第１の連結軸は、前記第２の平行リンク機構の前記作用端及び前記端部の間で、前記第１の平行リンク機構及び前記第２の平行リンク機構を相対的に回転可能に連結する。
前記ガイド軸は、前記第２の平行リンク機構の前記端部に回転可能に接続されている。
前記ガイド部材は、前記ガイド軸が挿通されたガイド穴を有する。また、前記ガイド部材は、前記第２の平行リンク機構の前記作用端の移動のために前記第１の平行リンク機構が駆動される時に、前記ガイド穴に沿って前記ガイド軸を移動させるように、かつ、前記ガイド軸が前記ガイド穴によるガイドの方向とは異なる方向に動くための前記ガイド軸の自由度を維持するように、前記第２の平行リンク機構の前記端部の動きをガイドする。
前記第２の連結軸は、前記第１の平行リンク機構及び前記ガイド部材を相対的に回転可能に連結する。
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る多関節型のロボットアームを搭載した搬送装置を示す斜視図である。
【００２０】
搬送装置１００は、搬送対象物としての基板Ｇを、真空下で処理する各処理室等の間で搬送する。基板Ｇとしては、ディスプレイ装置に搭載されるガラス基板が挙げられる。搬送装置１００は、上部に設けられた２つのロボットアーム３０と、これらのロボットアーム３０の下方側でこれらのロボットアーム３０に接続され、ロボットアーム３０を駆動する駆動ユニット５０とを備える。
【００２１】
２つのロボットアーム３０に共通の旋回ブロック８は、駆動ユニット５０内で駆動される１本の旋回シャフト７３（図５参照）により旋回可能となっている。旋回ブロック８が旋回することにより２つのロボットアーム３０が共に旋回する。２つのロボットアーム３０の構成は実質的に同じであり、以下、一方のロボットアーム３０の構成について説明する。
【００２２】
ロボットアーム３０は、第１アーム１及び第２アーム２を有している。これら第１アーム１及び第２アーム２のそれぞれの一端には駆動軸１１が接続され、駆動軸１１は、旋回ブロック８を介して駆動ユニット５０に接続されている。駆動軸１１の並ぶ方向を、説明の便宜上、図１中においてＹ軸方向とする。後述するように、これらの駆動軸１１は、駆動ユニット５０に設けられた１本の共通のシャフト７１（または７２）（図５参照）に、旋回ブロック８を介して接続されている。
【００２３】
第１アーム１及び第２アーム２のそれぞれの他端には第１の連結軸１２が接続されている。これら第１の連結軸１２を介して、第１アーム１及び第２アーム２に、第３アーム３及び第４アーム４が回転可能にそれぞれ連結されている。第１アーム１及び第２アーム２の、駆動軸１１及び第１の連結軸１２の間にはそれぞれ第２の連結軸１４が設けられている。これら第２の連結軸１４を介して、第１アーム１及び第２アーム２にはリンク部材５が連結されている。リンク部材５は、その長手方向が図１中のＹ軸方向に沿うように設けられている。第２の連結軸１４は、駆動軸１１及び第１の連結軸１２の中間位置より第１の連結軸１２に近い側に配置されている。
【００２４】
駆動軸１１同士を結ぶＹ軸方向の線分、第１アーム１、第２アーム２及びリンク部材５により平行四辺形が形成される。そして、これらの部材により第１の平行リンク機構３１が構成される。すなわち、この第１の平行リンク機構３１は、駆動軸１１により、第１アーム１及び第２アーム２の平行を維持した状態、また、リンク部材５の長手方向が実質的に常にＹ軸方向に沿った状態で、実質的に水平面である一平面（Ｘ−Ｙ平面）内で回転する。
【００２５】
第３アーム３及び第４アーム４のそれぞれの他端である作用端には、基板Ｇを保持する保持部６７が接続されている。保持部６７は、例えばＴ字状で板状のハンドベース６と、このハンドベース６に取り付けられた２本の長いハンド部材７とを有する。ハンドベース６は、作用端軸１３を介して第３アーム３及び第４アーム４にそれぞれ回転可能に接続されている。ハンド部材７には、例えば真空吸着により基板Ｇを支持する図示しない機構が設けられている。
【００２６】
第３アーム３及び第４アーム４の各作用端とは反対側の端部には、後述のガイド機構１０のガイド軸１５が回転可能に接続されている。第３アーム３及び第４アーム４の、作用端軸１３及びガイド軸１５の間において、上述の第１の連結軸１２が接続されている。第１の連結軸１２は、作用端軸１３よりガイド軸１５に近い側に配置されている。
【００２７】
各ガイド軸１５を結ぶＹ軸方向の線分（または第１の連結軸１２を結ぶ線分）、各作用端軸１３を結ぶＹ軸方向の線分、第３アーム３及び第４アーム４により平行四辺形が形成される。そして、これら第３アーム３、第４アーム４、ハンドベース６等の部材により第２の平行リンク機構３２が構成される。すなわち、この第２の平行リンク機構３２は、第１の平行リンク機構３１が駆動されることにより、第３アーム３及び第４アーム４の平行を維持した状態、また、保持部６７の姿勢を維持した状態で、第１の平行リンク機構３１の動きと同期するように実質的に水平面であるＸ−Ｙ平面内で回転する。
なお、一方のロボットアーム３０の動きと、他方のロボットアーム３０の動きとが干渉しないような設計とされている。例えばそれぞれの第２の平行リンク機構３２及び保持部６７の高さ位置が異なるように、第１の連結軸１２などの長さが設計されている。
【００２８】
ガイド機構１０は、上述のガイド軸１５と、これらガイド軸１５の動きをガイドする部材としてガイドプレート１６とを備えている。ガイドプレート１６の、第２の連結軸１４が設けられる位置と反対側の端部には、ガイド軸１５が挿通されるガイド穴１７ａを形成するためのガイド穴形成部材１７が固定されている。ガイド穴１７ａは、一方向であるＸ軸方向に長い形状に形成され、ガイドプレート１６をベースとしてガイド軸１５がＸ軸方向に移動するようにそれの動きをガイドする。
【００２９】
図２は、ガイド機構１０の一方のガイド軸１５の付近を拡大して示した断面図である。図３は、そのガイド穴１７ａ付近をさらに拡大して示した断面図である。
【００３０】
ガイドプレート１６は、その上面に設けられた開口１６ａを有し、また、中空部１６ｂを有している。開口１６ａには上記ガイド穴形成部材１７が嵌合するように固定されている。このような構成により、ガイドプレート１６の外部と中空部１６ｂとが、ガイド穴１７ａを介して連通する。
【００３１】
ガイド機構１０は、軸受ローラ１８を有し、軸受ローラ１８は、ガイド穴１７ａ内に配置されるようにガイド軸１５の下端部１５ａに配置されている。すなわち、図３に示すように、軸受ローラ１８の外周面１８ａと、ガイド穴形成部材１７の、ガイド穴１７ａを形成する内側壁１７ｂとが対面するように、軸受ローラ１８がガイド穴１７ａ内に配置される。軸受ローラ１８は、公知の軸受の構造を有していればよい。例えば軸受ローラ１８の内輪１８ｂがガイド軸１５に固定され、外輪１８ｃが、保持器１８ｅに保持された転動体１８ｄにより内輪１８ｂに対して回転自在な構造を有する。
【００３２】
軸受ローラ１８の外周面１８ａと、ガイド穴形成部材１７の内側壁１７ｂとの間には隙間Ｑが設けられている。この隙間Ｑは、ガイド軸１５（及び軸受ローラ１８）が、少なくとも実質的に垂直方向であるＺ軸方向で規制されないように、すなわち実質的に重力方向でガイド軸１５の自由度を維持できるように設けられている。また、この隙間Ｑにより、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８のＹ軸方向の動きの自由度も確保される。
【００３３】
図４は、以上説明した、第１アーム１、第２アーム２、第３アーム３、リンク部材５及びガイド機構１０の相互の接続関係を示す図であり、各部材の一部を断面で示している。
【００３４】
第１アーム１に取り付けられた軸受２５と、第３アーム３に取り付けられた軸受２２とが同軸で配置され、これら軸受２５及び２２に第１の連結軸１２が嵌着されている。ガイド軸１５は、第３アーム３の端部に取り付けられた軸受２１に接続されている。第２アーム２（及び第１アーム１）に取り付けられた軸受２３と、ガイドプレート１６に取り付けられた軸受２４とが同軸で配置され、これら軸受２３及び２４に第２の連結軸１４が嵌着されている。
【００３５】
なお、リンク部材５は、第１アーム１及び第２アーム２の下面側にも接続されている（図示せず）。
【００３６】
図５は、旋回ブロック８内の構造及び駆動ユニット５０の一部を示す模式的な断面図である。図６は旋回ブロック８内のギアの係合状態を示す平面図である。
【００３７】
駆動ユニット５０は、回転シャフト７１、７２及び旋回シャフト７３を有する。回転シャフト７１、７２及び旋回シャフト７３は、例えば図示しないベルト及びプーリ等の伝達機構を介して図示しない３つのモータにそれぞれ接続されている。旋回シャフト７３及び回転シャフト７２は、それぞれ中空状に形成されている。旋回シャフト７３内にそれより小さい径を有する回転シャフト７２が配置され、回転シャフト７２内にそれより小さい径を有する回転シャフト７１が配置される。これにより、これらのシャフト７１、７２及び７３は、３軸同軸でそれぞれ独立して回転駆動される。
【００３８】
また、回転シャフト７１と回転シャフト７２との間には真空シール軸受８２が設けられ、同様に、回転シャフト７２と旋回シャフト７３との間にも真空シール軸受８２が設けられている。これらの真空シール軸受８２により、例えばロボットアーム３０が配置される側と駆動ユニット５０が配置される側とをそれぞれ異なるガス圧の状態に設定することが可能となる。典型的には、ロボットアーム３０が配置される側が真空状態とされる。
【００３９】
旋回ブロック８は、旋回シャフト７３に固定されたケース３７を有する。ケース３７内において、回転シャフト７１にはギア４１が固定され、回転シャフト７２にはギア４２が固定されている。ギア４２の中央には、回転シャフト７１が通る穴４２ａが形成され、これらのギア４１及び４２は同軸で配置されている。
【００４０】
一方のロボットアーム３０の第１アーム１及び第２アーム２にそれぞれ接続された駆動軸１１には、上記ギア４１に噛み合うギア３５ａ及び３５ｂがそれぞれ固定されている。これらのギア３５ａ及び３５ｂは、水平面内で並んで配置されている。
【００４１】
また、同様に、他方のロボットアーム３０の第１アーム１及び第２アーム２にそれぞれ接続された駆動軸１１には、ギア４２に噛み合うギア３６ａ及び３６ｂがそれぞれ固定されている。これらのギア３６ａ及び３６ｂは、水平面内で並んで配置されている。
【００４２】
図５に示すように、ギア３５ａ及び３５ｂが並ぶ面の高さは、ギア３６ａ及び３６ｂが並ぶ面の高さと異なる。なお、図５を分かりやすくするため、一方のロボットアーム３０の駆動軸１１を図示し、他方のロボットアーム３０の駆動軸１１を図示していない。旋回ブロック８内において、駆動軸１１は、軸受３３を介して筒状のケース３４にそれぞれ収容されている。これらケース３４は、旋回ブロック８のケース３７に固定されている。
【００４３】
このような構成により、駆動ユニット５０は、同軸の回転シャフト７１及び７２を用いて両ロボットアーム３０を独立して伸縮駆動し、それらに同軸の旋回シャフト７３を用いて両ロボットアーム３０を旋回させることができる。
【００４４】
なお、旋回シャフト７３により、旋回ブロック８が旋回する時、慣性力により駆動軸１１が、ケース３７に相対的に回転するので、その回転を抑えるように回転シャフト７１及び７２が駆動されてもよい。あるいは、旋回シャフト７３の回転駆動に同期するように、回転シャフト７１及び７２が駆動されてもよい。
【００４５】
次に、図７〜１１を参照してロボットアーム３０の動作、特にガイド機構１０の動作について説明する。なお、図７〜９に示したロボットアーム３０の平面図において、一方のロボットアーム３０のみを示し、他方のロボットアーム３０を省略している。
【００４６】
図７に示す状態では、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８は、ガイド穴１７ａ内の、外側端部１７ｄより内側端部１７ｃにやや近い側に配置される。図１０は、この時のロボットアーム３０の斜視図を示している。
【００４７】
図７に示した状態から、保持部６７をＹ軸の正方向に移動させるために第１の平行リンク機構３１が駆動ユニット５０により駆動されると、第１の平行リンク機構３１及び第２の平行リンク機構３２が縮んでいく。そして、図８に示すように、第１の平行リンク機構３１及び第２の平行リンク機構３２が実質的に平行になると、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８は、ガイド穴１７ａ内の外側端部１７ｄに配置される。図１１は、この時のロボットアーム３０の斜視図を示している。
【００４８】
図８に示した状態から、保持部６７をＹ軸の正方向にさらに移動させるように第１の平行リンク機構３１が駆動ユニット５０により駆動されると、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８は、ガイド穴１７ａの内側端部１７ｃに近づいていく。そして、図９に示すように、ロボットアーム３０がほぼ伸びきった状態では、ガイド軸１５（及び軸受ローラ１８）はガイド穴１７ａの内側端部１７ｃ付近に配置される。
【００４９】
以上のように、ガイド機構１０は、第２の平行リンク機構３２の端部の動きを、ガイド軸１５に垂直な面内で、かつ、保持部６７の動く方向に直交する方向、つまり、Ｘ軸方向でガイドする。すなわち、ガイド機構１０は、第２の平行リンク機構３２の端部の動きをＹ軸方向には拘束するように作用する。したがって、第２の平行リンク機構３２の作用端である保持部６７の動作及びそのポジショニングを高精度に制御することができる。また、ガイド機構１０により、ロボットアーム３０の小型化を実現しつつ、大型の基板Ｇの搬送時においても、要求されるその大型の基板Ｇの占有フットプリントに見合う、ロボットアーム３０の動作範囲を確保することができる。
【００５０】
なお、上記「垂直」や「直交」という文言は、ロボットアーム３０を構成する各部材に、高いアライメント精度を要求することなく、その動作を実現することができれば、厳密な意味での「垂直」、「直交」でなくてもよい。つまり、実質的な「垂直」、「直交」を意味する。
【００５１】
本実施形態では、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８は、ガイド方向であるＸ軸方向の動きの自由度を有するだけではなく、軸受ローラ１８とガイド穴形成部材１７の内側壁１７ｂとの間に隙間Ｑが設けられているので、例えばＺ軸方向に動きの自由度が維持される。また、その隙間Ｑにより、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８のＹ軸方向の動きの自由度も確保することができる。したがって、ロボットアーム３０を構成する部材に、高いアライメント精度は不要となり、特に特許文献１における図１に示された支点Ｅの部分の磨耗等も低減されるため、高い耐久性も不要となる。磨耗が低減される結果、粉塵の発生も抑えることができる。
【００５２】
また、本実施形態では、ガイド穴１７ａ内でガイド軸１５に軸受ローラ１８が装着されているので、ガイド軸１５がガイド穴１７ａでガイド方向に移動する時にガイド軸１５が安定し、その移動時の摺動抵抗を減らすことができる。
【００５３】
また、本実施形態では、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８の動きのＺ及びＹ軸方向の自由度が維持されることにより、ロボットアーム３０は、以下のような問題を解決することができる。
【００５４】
例えば、図７に示した状態と、図９に示した状態とでは、ガイド機構１０を中心として、第２の平行リンク機構３２及び作用端である保持部６７の位置がＹ軸方向で逆となる。したがって、図７で示した状態と、図９に示した状態とで、ロボットアーム３０の重心位置が変わり、ガイド機構１０の各部材に加えられる力の方向が変わる。その結果、図７で示した状態ではガイド軸１５の上端部が、保持部６７が位置する側にわずかに傾くことができ、図９で示した状態では、ガイド軸１５はその逆方向にわずかに傾くことができる。すなわち、Ｚ及びＹ軸方向の自由度が維持されることによって、ガイド軸１５が傾く姿勢を取ることができ、また、その傾く姿勢を変えることができるので、ロボットアーム３０を構成する各部材のアライメント精度の誤差を吸収することができる。その結果、ガイド軸１５、ガイド機構１０を構成する各部材等の磨耗等による劣化を抑えることができる。
【００５５】
さらに、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８の動きのＺ及びＹ軸方向の自由度が維持されることにより、以下のような作用効果も得られる。
【００５６】
図１２（Ａ）は、ロボットアーム３０が、例えば図８で示した状態から図９で示した状態まで駆動される途中において、Ｙ軸の正方向に保持部６７が加速しようとする時の、軸受ローラ１８及びガイド穴１７ａの状態を示す模式的な平面図である。図１２（Ａ）に示す状態では、軸受ローラ１８は、他の各部材との接続関係からＹ軸の正方向に加速して移動する。
【００５７】
図１２（Ｂ）は、ロボットアーム３０が、例えば図８で示した状態から図７で示した状態まで駆動される途中において、Ｙ軸の負方向に保持部６７が加速しようとする時の、ガイド軸１５及びガイド穴１７ａの状態を示す模式的な平面図である。図１２（Ｂ）に示す状態では、軸受ローラ１８は、他の各部材との接続関係からＹ軸の負方向に加速して移動する。
【００５８】
すなわち、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８のＹ軸方向の自由度がない場合に比べ、つまり隙間Ｑ（図３参照）がない場合に比べ、本実施形態では、軸受ローラ１８がガイド穴１７ａの内側壁１７ｂに与える押圧力を小さくすることができる。これにより、主に軸受ローラ１８及び内側壁１７ｂに加えられる応力を低減することができ、それらの磨耗による劣化を抑制することができる。
【００５９】
図１３は、本発明の他の実施形態に係るガイド機構の軸受ローラ付近を拡大して示した断面図であり、図３に対応する図である。
【００６０】
本実施形態に係るガイド機構１１０の軸受ローラ１１８は、内輪１１８ｂ、外輪１１８ｃ、転動体１１８ｄ及び保持器１１８ｅを有する。外輪１１８ｃの外周面１１８ａの一部であって、ガイド穴１７ａの内側壁１７ｂに対面する部分には、クラウニング加工が施されたクラウニング加工部１１８ｆが設けられている。このクラウニング加工部１１８ｆは、Ｚ軸の周りに沿って連続的に設けられている。クラウニング加工部１１８ｆのＺ軸方向の幅は、ガイド穴１７ａの内側壁１７ｂのＺ軸方向の長さと同じかまたはそれより長く形成されている。
【００６１】
このようなクラウニング加工部１１８ｆを有する軸受ローラ１１８が設けられることにより、例えば図１２（Ａ）及び（Ｂ）で示したように、軸受ローラ１１８が内側壁１７ｂに当接する場合において、両者に働く極圧作用を緩和することができる。これにより、軸受ローラ１１８及び内側壁１７ｂの磨耗による劣化を抑えることができる。
【００６２】
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態がある。
【００６３】
上記実施形態では、ガイド軸１５に軸受ローラ１８、１１８が設けられていたが、必ずしも軸受ローラ１８、１１８はなくてもよい。
【００６４】
上記実施形態では、ガイド穴１７ａによるガイド軸１５のガイド方向がＸ軸方向とされた。しかし、必ずしもＸ軸方向でなくてもよく、例えばＸ及びＹ軸方向の間の方向であってもよい。
【００６５】
上記実施形態に係る搬送装置１００は、搬送対象物としてガラス基板Ｇを搬送するものを例に挙げたが、半導体ウェハ基板を搬送する搬送装置にも本発明を適用可能である。あるいは、ロボットアーム３０は、基板を搬送するものに限られず、様々な機械部品等を搬送するものであってもよく、広く産業用ロボットとして適用され得る。
【符号の説明】
【００６６】
１０、１１０…ガイド機構
１２…第１の連結軸
１３…作用端軸
１４…第２の連結軸
１５…ガイド軸
１７…ガイド穴形成部材
１７ａ…ガイド穴
１８．１１８…軸受ローラ
３０…ロボットアーム
３１…第１の平行リンク機構
３２…第２の平行リンク機構
５０…駆動ユニット
１００…搬送装置
１１８ｆ…クラウニング加工部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多関節型のロボットアーム及びこれを用いた搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多関節型のロボットアームを用いた搬送装置として、特許文献１には、大型の基板を、コンパクトなスペースで搬送する搬送装置が開示されている。この搬送装置は、レバー１１及び１２でなる平行リンクとレバー１５及び２０でなる平行リンクとを有する搬送アームと、これらの平行リンクの間に接続されたリニアガイド２２とを備えている。リニアガイド２２は、レバー２１の支点Ｅをスライド可能に支持するガイドレール２４を有するガイドブロック１６を備えている。リニアガイド２２が設けられることにより、レバー１５及び２０による平行リンクの作用点であるレバー２１の直線上での移動量を大きくしている（例えば、特許文献１の明細書段落[０００７]、[０００８]、[００１９]、図１、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０２２４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の搬送装置では、レバー１５の支点Ｅがガイドレール２４に締結された状態であるので、搬送アームが所望の動作を行うためには、リニアガイド２２を構成する各部材に非常に高いアライメント精度が要求される。
【０００５】
特に、実際に搬送アームが基板を搬送する場合において、特許文献１の図３（ａ）（または図３（ｃ））に示す状態では、レバー１５及び２１でなる平行リンクには、その自重及び基板の重量によって、レバー２１の部分が最も下に位置するように撓みが発生する。その撓みの発生により、レバー１５の支点Ｅとガイドブロック１６との締結部分には応力が発生するので、上記のようにその締結部分のアライメント精度を非常に高く維持していない場合、締結部分の磨耗等が激しくなる等、その締結部分の耐久性の問題がある。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ロボットアームを構成する部材に、高いアライメント精度を要求することなく、その動作を実現することができるロボットアーム及びこれを用いた搬送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るロボットアームは、第１の平行リンク機構と、第２の平行リンク機構と、第１の連結軸と、ガイド軸と、ガイド部材と、第２の連結軸とを具備する。
前記第２の平行リンク機構は、作用端と、前記作用端の反対側の端部とを有する。
前記第１の連結軸は、前記第２の平行リンク機構の前記作用端及び前記端部の間で、前記第１の平行リンク機構及び前記第２の平行リンク機構を相対的に回転可能に連結する。
前記ガイド軸は、前記第２の平行リンク機構の前記端部に回転可能に接続されている。
前記ガイド部材は、前記ガイド軸が挿通されたガイド穴を有する。また、前記ガイド部材は、前記第２の平行リンク機構の前記作用端の移動のために前記第１の平行リンク機構が駆動される時に、前記ガイド穴に沿って前記ガイド軸を移動させるように、かつ、前記ガイド軸が前記ガイド穴によるガイドの方向とは異なる方向に動くための前記ガイド軸の自由度を維持するように、前記第２の平行リンク機構の前記端部の動きをガイドする。
前記第２の連結軸は、前記第１の平行リンク機構及び前記ガイド部材を相対的に回転可能に連結する。
【０００８】
本発明の一形態に係る搬送装置は、ロボットアームと、前記ロボットアームに接続され、前記第１の平行リンク機構を回転駆動する駆動ユニットとを具備する。
前記ロボットアームは、第１の平行リンク機構と、保持部と、第２の平行リンク機構と、第１の連結軸と、ガイド軸と、ガイド部材と、第２の連結軸とを有する。
前記保持部は、搬送対象物を保持することが可能である。
前記第２の平行リンク機構は、前記保持部が装着された作用端と、前記作用端と反対側の端部とを有する。
前記第１の連結軸は、前記第２の平行リンク機構の前記作用端及び前記端部の間で、前記第１の平行リンク機構及び前記第２の平行リンク機構を相対的に回転可能に連結する。
前記ガイド軸は、前記第２の平行リンク機構の前記端部に回転可能に接続されている。
前記ガイド部材は、前記ガイド軸が挿通されたガイド穴を有する。また、前記ガイド部材は、前記第２の平行リンク機構の前記作用端の移動のために前記第１の平行リンク機構が駆動される時に、前記ガイド穴に沿って前記ガイド軸を移動させるように、かつ、前記ガイド軸が前記ガイド穴によるガイドの方向とは異なる方向に動くための前記ガイド軸の自由度を維持するように、前記第２の平行リンク機構の前記端部の動きをガイドする。
前記第２の連結軸は、前記第１の平行リンク機構及び前記ガイド部材を相対的に回転可能に連結する。
【発明の効果】
【０００９】
以上、本発明によれば、ロボットアームを構成する部材に、高いアライメント精度を要求することなく、ロボットアームの動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る多関節型のロボットアームを搭載した搬送装置を示す斜視図である。
【図２】ガイド機構の一方のガイド軸の付近を拡大して示した断面図である。
【図３】ガイド機構のガイド穴付近をさらに拡大して示した断面図である。
【図４】第１アーム、第２アーム、第３アーム、リンク部材及びガイド機構の相互の接続関係を示す図である。
【図５】旋回ブロック内の構造及び駆動ユニットの一部を示す模式的な断面図である。
【図６】旋回ブロック内のギアの係合状態を示す平面図である。
【図７】ロボットアームの動作を説明するための平面図であり、保持部が後方側にある状態を示している。
【図８】ロボットアームの動作を説明するための平面図であり、保持部が中央にある状態を示している。
【図９】ロボットアームの動作を説明するための平面図であり、保持部が前方側にある状態を示している。
【図１０】図７に対応するロボットアームの斜視図である。
【図１１】図８に対応するロボットアームの斜視図である。
【図１２】ロボットアームの作用効果の１つを説明するための図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係るガイド機構の軸受ローラ付近を拡大して示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
一形態に係るロボットアームは、第１の平行リンク機構と、第２の平行リンク機構と、第１の連結軸と、ガイド軸と、ガイド部材と、第２の連結軸とを具備する。
前記第２の平行リンク機構は、作用端と、前記作用端の反対側の端部とを有する。
前記第１の連結軸は、前記第２の平行リンク機構の前記作用端及び前記端部の間で、前記第１の平行リンク機構及び前記第２の平行リンク機構を相対的に回転可能に連結する。
前記ガイド軸は、前記第２の平行リンク機構の前記端部に回転可能に接続されている。
前記ガイド部材は、前記ガイド軸が挿通されたガイド穴を有する。また、前記ガイド部材は、前記第２の平行リンク機構の前記作用端の移動のために前記第１の平行リンク機構が駆動される時に、前記ガイド穴に沿って前記ガイド軸を移動させるように、かつ、前記ガイド軸が前記ガイド穴によるガイドの方向とは異なる方向に動くための前記ガイド軸の自由度を維持するように、前記第２の平行リンク機構の前記端部の動きをガイドする。
前記第２の連結軸は、前記第１の平行リンク機構及び前記ガイド部材を相対的に回転可能に連結する。
【００１２】
ガイド穴によるガイド方向にのみガイド軸の自由度が設けられるのではなく、ガイド軸がガイド部材に対してガイド方向とは異なる方向に動くための自由度も確保されている。したがって、ロボットアームを構成する部材に、高いアライメント精度は不要となり、従来のように部材同士の締結部分の磨耗等も低減されるため、高い耐久性も不要となる。
【００１３】
前記ロボットアームは、前記ガイド穴内で前記ガイド軸に装着された軸受ローラをさらに具備してもよい。これにより、ガイド軸がガイド穴でそのガイド方向に移動する時にガイド軸が安定し、その移動時の摺動抵抗を減らすことができる。
【００１４】
前記ガイド部材は、前記ガイド穴を形成する内側壁を有し、前記軸受ローラは、前記内側壁との間に隙間をあけて設けられていてもよい。これにより、軸受ローラの軸方向及びそのガイド方向に直交する方向の両自由度を確保することができる。例えばガイド軸の軸方向が重力（または重力成分を含む）方向である場合には、第１及び第２の平行リンク機構の相対的位置によっては、ガイド軸が上下動する方向あるいは傾く方向の力がガイド軸に加えられる場合がある。そのような場合に、ガイド軸がその重力方向で上下できる程度の自由度を維持できることにより、ガイド軸及びガイド部材等の磨耗等による劣化を抑えることができる。
【００１５】
前記軸受ローラは、クラウニング加工が施されたクラウニング加工部を有する外周面を有してもよい。これにより、軸受ローラがガイド穴の内側壁に当接する時に、両者に働く極圧作用を緩和することができる。
【００１６】
前記ガイド部材による前記ガイド軸の前記ガイド方向は、前記ガイド軸に垂直な面内で、かつ、前記作用端の動く方向に直交する方向であってもよい。
【００１７】
一形態に係る搬送装置は、ロボットアームと、前記ロボットアームに接続され、前記第１の平行リンク機構を回転駆動する駆動ユニットとを具備する。
前記ロボットアームは、第１の平行リンク機構と、保持部と、第２の平行リンク機構と、第１の連結軸と、ガイド軸と、ガイド部材と、第２の連結軸とを有する。
前記保持部は、搬送対象物を保持することが可能である。
前記第２の平行リンク機構は、前記保持部が装着された作用端と、前記作用端と反対側の端部とを有する。
前記第１の連結軸は、前記第２の平行リンク機構の前記作用端及び前記端部の間で、前記第１の平行リンク機構及び前記第２の平行リンク機構を相対的に回転可能に連結する。
前記ガイド軸は、前記第２の平行リンク機構の前記端部に回転可能に接続されている。
前記ガイド部材は、前記ガイド軸が挿通されたガイド穴を有する。また、前記ガイド部材は、前記第２の平行リンク機構の前記作用端の移動のために前記第１の平行リンク機構が駆動される時に、前記ガイド穴に沿って前記ガイド軸を移動させるように、かつ、前記ガイド軸が前記ガイド穴によるガイドの方向とは異なる方向に動くための前記ガイド軸の自由度を維持するように、前記第２の平行リンク機構の前記端部の動きをガイドする。
前記第２の連結軸は、前記第１の平行リンク機構及び前記ガイド部材を相対的に回転可能に連結する。
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る多関節型のロボットアームを搭載した搬送装置を示す斜視図である。
【００２０】
搬送装置１００は、搬送対象物としての基板Ｇを、真空下で処理する各処理室等の間で搬送する。基板Ｇとしては、ディスプレイ装置に搭載されるガラス基板が挙げられる。搬送装置１００は、上部に設けられた２つのロボットアーム３０と、これらのロボットアーム３０の下方側でこれらのロボットアーム３０に接続され、ロボットアーム３０を駆動する駆動ユニット５０とを備える。
【００２１】
２つのロボットアーム３０に共通の旋回ブロック８は、駆動ユニット５０内で駆動される１本の旋回シャフト７３（図５参照）により旋回可能となっている。旋回ブロック８が旋回することにより２つのロボットアーム３０が共に旋回する。２つのロボットアーム３０の構成は実質的に同じであり、以下、一方のロボットアーム３０の構成について説明する。
【００２２】
ロボットアーム３０は、第１アーム１及び第２アーム２を有している。これら第１アーム１及び第２アーム２のそれぞれの一端には駆動軸１１が接続され、駆動軸１１は、旋回ブロック８を介して駆動ユニット５０に接続されている。駆動軸１１の並ぶ方向を、説明の便宜上、図１中においてＹ軸方向とする。後述するように、これらの駆動軸１１は、駆動ユニット５０に設けられた１本の共通のシャフト７１（または７２）（図５参照）に、旋回ブロック８を介して接続されている。
【００２３】
第１アーム１及び第２アーム２のそれぞれの他端には第１の連結軸１２が接続されている。これら第１の連結軸１２を介して、第１アーム１及び第２アーム２に、第３アーム３及び第４アーム４が回転可能にそれぞれ連結されている。第１アーム１及び第２アーム２の、駆動軸１１及び第１の連結軸１２の間にはそれぞれ第２の連結軸１４が設けられている。これら第２の連結軸１４を介して、第１アーム１及び第２アーム２にはリンク部材５が連結されている。リンク部材５は、その長手方向が図１中のＹ軸方向に沿うように設けられている。第２の連結軸１４は、駆動軸１１及び第１の連結軸１２の中間位置より第１の連結軸１２に近い側に配置されている。
【００２４】
駆動軸１１同士を結ぶＹ軸方向の線分、第１アーム１、第２アーム２及びリンク部材５により平行四辺形が形成される。そして、これらの部材により第１の平行リンク機構３１が構成される。すなわち、この第１の平行リンク機構３１は、駆動軸１１により、第１アーム１及び第２アーム２の平行を維持した状態、また、リンク部材５の長手方向が実質的に常にＹ軸方向に沿った状態で、実質的に水平面である一平面（Ｘ−Ｙ平面）内で回転する。
【００２５】
第３アーム３及び第４アーム４のそれぞれの他端である作用端には、基板Ｇを保持する保持部６７が接続されている。保持部６７は、例えばＴ字状で板状のハンドベース６と、このハンドベース６に取り付けられた２本の長いハンド部材７とを有する。ハンドベース６は、作用端軸１３を介して第３アーム３及び第４アーム４にそれぞれ回転可能に接続されている。ハンド部材７には、例えば真空吸着により基板Ｇを支持する図示しない機構が設けられている。
【００２６】
第３アーム３及び第４アーム４の各作用端とは反対側の端部には、後述のガイド機構１０のガイド軸１５が回転可能に接続されている。第３アーム３及び第４アーム４の、作用端軸１３及びガイド軸１５の間において、上述の第１の連結軸１２が接続されている。第１の連結軸１２は、作用端軸１３よりガイド軸１５に近い側に配置されている。
【００２７】
各ガイド軸１５を結ぶＹ軸方向の線分（または第１の連結軸１２を結ぶ線分）、各作用端軸１３を結ぶＹ軸方向の線分、第３アーム３及び第４アーム４により平行四辺形が形成される。そして、これら第３アーム３、第４アーム４、ハンドベース６等の部材により第２の平行リンク機構３２が構成される。すなわち、この第２の平行リンク機構３２は、第１の平行リンク機構３１が駆動されることにより、第３アーム３及び第４アーム４の平行を維持した状態、また、保持部６７の姿勢を維持した状態で、第１の平行リンク機構３１の動きと同期するように実質的に水平面であるＸ−Ｙ平面内で回転する。
なお、一方のロボットアーム３０の動きと、他方のロボットアーム３０の動きとが干渉しないような設計とされている。例えばそれぞれの第２の平行リンク機構３２及び保持部６７の高さ位置が異なるように、第１の連結軸１２などの長さが設計されている。
【００２８】
ガイド機構１０は、上述のガイド軸１５と、これらガイド軸１５の動きをガイドする部材としてガイドプレート１６とを備えている。ガイドプレート１６の、第２の連結軸１４が設けられる位置と反対側の端部には、ガイド軸１５が挿通されるガイド穴１７ａを形成するためのガイド穴形成部材１７が固定されている。ガイド穴１７ａは、一方向であるＸ軸方向に長い形状に形成され、ガイドプレート１６をベースとしてガイド軸１５がＸ軸方向に移動するようにそれの動きをガイドする。
【００２９】
図２は、ガイド機構１０の一方のガイド軸１５の付近を拡大して示した断面図である。図３は、そのガイド穴１７ａ付近をさらに拡大して示した断面図である。
【００３０】
ガイドプレート１６は、その上面に設けられた開口１６ａを有し、また、中空部１６ｂを有している。開口１６ａには上記ガイド穴形成部材１７が嵌合するように固定されている。このような構成により、ガイドプレート１６の外部と中空部１６ｂとが、ガイド穴１７ａを介して連通する。
【００３１】
ガイド機構１０は、軸受ローラ１８を有し、軸受ローラ１８は、ガイド穴１７ａ内に配置されるようにガイド軸１５の下端部１５ａに配置されている。すなわち、図３に示すように、軸受ローラ１８の外周面１８ａと、ガイド穴形成部材１７の、ガイド穴１７ａを形成する内側壁１７ｂとが対面するように、軸受ローラ１８がガイド穴１７ａ内に配置される。軸受ローラ１８は、公知の軸受の構造を有していればよい。例えば軸受ローラ１８の内輪１８ｂがガイド軸１５に固定され、外輪１８ｃが、保持器１８ｅに保持された転動体１８ｄにより内輪１８ｂに対して回転自在な構造を有する。
【００３２】
軸受ローラ１８の外周面１８ａと、ガイド穴形成部材１７の内側壁１７ｂとの間には隙間Ｑが設けられている。この隙間Ｑは、ガイド軸１５（及び軸受ローラ１８）が、少なくとも実質的に垂直方向であるＺ軸方向で規制されないように、すなわち実質的に重力方向でガイド軸１５の自由度を維持できるように設けられている。また、この隙間Ｑにより、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８のＹ軸方向の動きの自由度も確保される。
【００３３】
図４は、以上説明した、第１アーム１、第２アーム２、第３アーム３、リンク部材５及びガイド機構１０の相互の接続関係を示す図であり、各部材の一部を断面で示している。
【００３４】
第１アーム１に取り付けられた軸受２５と、第３アーム３に取り付けられた軸受２２とが同軸で配置され、これら軸受２５及び２２に第１の連結軸１２が嵌着されている。ガイド軸１５は、第３アーム３の端部に取り付けられた軸受２１に接続されている。第２アーム２（及び第１アーム１）に取り付けられた軸受２３と、ガイドプレート１６に取り付けられた軸受２４とが同軸で配置され、これら軸受２３及び２４に第２の連結軸１４が嵌着されている。
【００３５】
なお、リンク部材５は、第１アーム１及び第２アーム２の下面側にも接続されている（図示せず）。
【００３６】
図５は、旋回ブロック８内の構造及び駆動ユニット５０の一部を示す模式的な断面図である。図６は旋回ブロック８内のギアの係合状態を示す平面図である。
【００３７】
駆動ユニット５０は、回転シャフト７１、７２及び旋回シャフト７３を有する。回転シャフト７１、７２及び旋回シャフト７３は、例えば図示しないベルト及びプーリ等の伝達機構を介して図示しない３つのモータにそれぞれ接続されている。旋回シャフト７３及び回転シャフト７２は、それぞれ中空状に形成されている。旋回シャフト７３内にそれより小さい径を有する回転シャフト７２が配置され、回転シャフト７２内にそれより小さい径を有する回転シャフト７１が配置される。これにより、これらのシャフト７１、７２及び７３は、３軸同軸でそれぞれ独立して回転駆動される。
【００３８】
また、回転シャフト７１と回転シャフト７２との間には真空シール軸受８２が設けられ、同様に、回転シャフト７２と旋回シャフト７３との間にも真空シール軸受８２が設けられている。これらの真空シール軸受８２により、例えばロボットアーム３０が配置される側と駆動ユニット５０が配置される側とをそれぞれ異なるガス圧の状態に設定することが可能となる。典型的には、ロボットアーム３０が配置される側が真空状態とされる。
【００３９】
旋回ブロック８は、旋回シャフト７３に固定されたケース３７を有する。ケース３７内において、回転シャフト７１にはギア４１が固定され、回転シャフト７２にはギア４２が固定されている。ギア４２の中央には、回転シャフト７１が通る穴４２ａが形成され、これらのギア４１及び４２は同軸で配置されている。
【００４０】
一方のロボットアーム３０の第１アーム１及び第２アーム２にそれぞれ接続された駆動軸１１には、上記ギア４１に噛み合うギア３５ａ及び３５ｂがそれぞれ固定されている。これらのギア３５ａ及び３５ｂは、水平面内で並んで配置されている。
【００４１】
また、同様に、他方のロボットアーム３０の第１アーム１及び第２アーム２にそれぞれ接続された駆動軸１１には、ギア４２に噛み合うギア３６ａ及び３６ｂがそれぞれ固定されている。これらのギア３６ａ及び３６ｂは、水平面内で並んで配置されている。
【００４２】
図５に示すように、ギア３５ａ及び３５ｂが並ぶ面の高さは、ギア３６ａ及び３６ｂが並ぶ面の高さと異なる。なお、図５を分かりやすくするため、一方のロボットアーム３０の駆動軸１１を図示し、他方のロボットアーム３０の駆動軸１１を図示していない。旋回ブロック８内において、駆動軸１１は、軸受３３を介して筒状のケース３４にそれぞれ収容されている。これらケース３４は、旋回ブロック８のケース３７に固定されている。
【００４３】
このような構成により、駆動ユニット５０は、同軸の回転シャフト７１及び７２を用いて両ロボットアーム３０を独立して伸縮駆動し、それらに同軸の旋回シャフト７３を用いて両ロボットアーム３０を旋回させることができる。
【００４４】
なお、旋回シャフト７３により、旋回ブロック８が旋回する時、慣性力により駆動軸１１が、ケース３７に相対的に回転するので、その回転を抑えるように回転シャフト７１及び７２が駆動されてもよい。あるいは、旋回シャフト７３の回転駆動に同期するように、回転シャフト７１及び７２が駆動されてもよい。
【００４５】
次に、図７〜１１を参照してロボットアーム３０の動作、特にガイド機構１０の動作について説明する。なお、図７〜９に示したロボットアーム３０の平面図において、一方のロボットアーム３０のみを示し、他方のロボットアーム３０を省略している。
【００４６】
図７に示す状態では、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８は、ガイド穴１７ａ内の、外側端部１７ｄより内側端部１７ｃにやや近い側に配置される。図１０は、この時のロボットアーム３０の斜視図を示している。
【００４７】
図７に示した状態から、保持部６７をＹ軸の正方向に移動させるために第１の平行リンク機構３１が駆動ユニット５０により駆動されると、第１の平行リンク機構３１及び第２の平行リンク機構３２が縮んでいく。そして、図８に示すように、第１の平行リンク機構３１及び第２の平行リンク機構３２が実質的に平行になると、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８は、ガイド穴１７ａ内の外側端部１７ｄに配置される。図１１は、この時のロボットアーム３０の斜視図を示している。
【００４８】
図８に示した状態から、保持部６７をＹ軸の正方向にさらに移動させるように第１の平行リンク機構３１が駆動ユニット５０により駆動されると、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８は、ガイド穴１７ａの内側端部１７ｃに近づいていく。そして、図９に示すように、ロボットアーム３０がほぼ伸びきった状態では、ガイド軸１５（及び軸受ローラ１８）はガイド穴１７ａの内側端部１７ｃ付近に配置される。
【００４９】
以上のように、ガイド機構１０は、第２の平行リンク機構３２の端部の動きを、ガイド軸１５に垂直な面内で、かつ、保持部６７の動く方向に直交する方向、つまり、Ｘ軸方向でガイドする。すなわち、ガイド機構１０は、第２の平行リンク機構３２の端部の動きをＹ軸方向には拘束するように作用する。したがって、第２の平行リンク機構３２の作用端である保持部６７の動作及びそのポジショニングを高精度に制御することができる。また、ガイド機構１０により、ロボットアーム３０の小型化を実現しつつ、大型の基板Ｇの搬送時においても、要求されるその大型の基板Ｇの占有フットプリントに見合う、ロボットアーム３０の動作範囲を確保することができる。
【００５０】
なお、上記「垂直」や「直交」という文言は、ロボットアーム３０を構成する各部材に、高いアライメント精度を要求することなく、その動作を実現することができれば、厳密な意味での「垂直」、「直交」でなくてもよい。つまり、実質的な「垂直」、「直交」を意味する。
【００５１】
本実施形態では、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８は、ガイド方向であるＸ軸方向の動きの自由度を有するだけではなく、軸受ローラ１８とガイド穴形成部材１７の内側壁１７ｂとの間に隙間Ｑが設けられているので、例えばＺ軸方向に動きの自由度が維持される。また、その隙間Ｑにより、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８のＹ軸方向の動きの自由度も確保することができる。したがって、ロボットアーム３０を構成する部材に、高いアライメント精度は不要となり、特に特許文献１における図１に示された支点Ｅの部分の磨耗等も低減されるため、高い耐久性も不要となる。磨耗が低減される結果、粉塵の発生も抑えることができる。
【００５２】
また、本実施形態では、ガイド穴１７ａ内でガイド軸１５に軸受ローラ１８が装着されているので、ガイド軸１５がガイド穴１７ａでガイド方向に移動する時にガイド軸１５が安定し、その移動時の摺動抵抗を減らすことができる。
【００５３】
また、本実施形態では、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８の動きのＺ及びＹ軸方向の自由度が維持されることにより、ロボットアーム３０は、以下のような問題を解決することができる。
【００５４】
例えば、図７に示した状態と、図９に示した状態とでは、ガイド機構１０を中心として、第２の平行リンク機構３２及び作用端である保持部６７の位置がＹ軸方向で逆となる。したがって、図７で示した状態と、図９に示した状態とで、ロボットアーム３０の重心位置が変わり、ガイド機構１０の各部材に加えられる力の方向が変わる。その結果、図７で示した状態ではガイド軸１５の上端部が、保持部６７が位置する側にわずかに傾くことができ、図９で示した状態では、ガイド軸１５はその逆方向にわずかに傾くことができる。すなわち、Ｚ及びＹ軸方向の自由度が維持されることによって、ガイド軸１５が傾く姿勢を取ることができ、また、その傾く姿勢を変えることができるので、ロボットアーム３０を構成する各部材のアライメント精度の誤差を吸収することができる。その結果、ガイド軸１５、ガイド機構１０を構成する各部材等の磨耗等による劣化を抑えることができる。
【００５５】
さらに、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８の動きのＺ及びＹ軸方向の自由度が維持されることにより、以下のような作用効果も得られる。
【００５６】
図１２（Ａ）は、ロボットアーム３０が、例えば図８で示した状態から図９で示した状態まで駆動される途中において、Ｙ軸の正方向に保持部６７が加速しようとする時の、軸受ローラ１８及びガイド穴１７ａの状態を示す模式的な平面図である。図１２（Ａ）に示す状態では、軸受ローラ１８は、他の各部材との接続関係からＹ軸の正方向に加速して移動する。
【００５７】
図１２（Ｂ）は、ロボットアーム３０が、例えば図８で示した状態から図７で示した状態まで駆動される途中において、Ｙ軸の負方向に保持部６７が加速しようとする時の、ガイド軸１５及びガイド穴１７ａの状態を示す模式的な平面図である。図１２（Ｂ）に示す状態では、軸受ローラ１８は、他の各部材との接続関係からＹ軸の負方向に加速して移動する。
【００５８】
すなわち、ガイド軸１５及び軸受ローラ１８のＹ軸方向の自由度がない場合に比べ、つまり隙間Ｑ（図３参照）がない場合に比べ、本実施形態では、軸受ローラ１８がガイド穴１７ａの内側壁１７ｂに与える押圧力を小さくすることができる。これにより、主に軸受ローラ１８及び内側壁１７ｂに加えられる応力を低減することができ、それらの磨耗による劣化を抑制することができる。
【００５９】
図１３は、本発明の他の実施形態に係るガイド機構の軸受ローラ付近を拡大して示した断面図であり、図３に対応する図である。
【００６０】
本実施形態に係るガイド機構１１０の軸受ローラ１１８は、内輪１１８ｂ、外輪１１８ｃ、転動体１１８ｄ及び保持器１１８ｅを有する。外輪１１８ｃの外周面１１８ａの一部であって、ガイド穴１７ａの内側壁１７ｂに対面する部分には、クラウニング加工が施されたクラウニング加工部１１８ｆが設けられている。このクラウニング加工部１１８ｆは、Ｚ軸の周りに沿って連続的に設けられている。クラウニング加工部１１８ｆのＺ軸方向の幅は、ガイド穴１７ａの内側壁１７ｂのＺ軸方向の長さと同じかまたはそれより長く形成されている。
【００６１】
このようなクラウニング加工部１１８ｆを有する軸受ローラ１１８が設けられることにより、例えば図１２（Ａ）及び（Ｂ）で示したように、軸受ローラ１１８が内側壁１７ｂに当接する場合において、両者に働く極圧作用を緩和することができる。これにより、軸受ローラ１１８及び内側壁１７ｂの磨耗による劣化を抑えることができる。
【００６２】
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態がある。
【００６３】
上記実施形態では、ガイド軸１５に軸受ローラ１８、１１８が設けられていたが、必ずしも軸受ローラ１８、１１８はなくてもよい。
【００６４】
上記実施形態では、ガイド穴１７ａによるガイド軸１５のガイド方向がＸ軸方向とされた。しかし、必ずしもＸ軸方向でなくてもよく、例えばＸ及びＹ軸方向の間の方向であってもよい。
【００６５】
上記実施形態に係る搬送装置１００は、搬送対象物としてガラス基板Ｇを搬送するものを例に挙げたが、半導体ウェハ基板を搬送する搬送装置にも本発明を適用可能である。あるいは、ロボットアーム３０は、基板を搬送するものに限られず、様々な機械部品等を搬送するものであってもよく、広く産業用ロボットとして適用され得る。
【符号の説明】
【００６６】
１０、１１０…ガイド機構
１２…第１の連結軸
１３…作用端軸
１４…第２の連結軸
１５…ガイド軸
１７…ガイド穴形成部材
１７ａ…ガイド穴
１８．１１８…軸受ローラ
３０…ロボットアーム
３１…第１の平行リンク機構
３２…第２の平行リンク機構
５０…駆動ユニット
１００…搬送装置
１１８ｆ…クラウニング加工部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の平行リンク機構と、
作用端と、前記作用端の反対側の端部とを有する第２の平行リンク機構と、
前記第２の平行リンク機構の前記作用端及び前記端部の間で、前記第１の平行リンク機構及び前記第２の平行リンク機構を相対的に回転可能に連結する第１の連結軸と、
前記第２の平行リンク機構の前記端部に回転可能に接続されたガイド軸と、
前記ガイド軸が挿通されたガイド穴を有し、前記第２の平行リンク機構の前記作用端の移動のために前記第１の平行リンク機構が駆動される時に、前記ガイド穴に沿って前記ガイド軸を移動させるように、かつ、前記ガイド軸が前記ガイド穴によるガイドの方向とは異なる方向に動くための前記ガイド軸の自由度を維持するように、前記第２の平行リンク機構の前記端部の動きをガイドするガイド部材と、
前記第１の平行リンク機構及び前記ガイド部材を相対的に回転可能に連結する第２の連結軸と
を具備するロボットアーム。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットアームであって、
前記ガイド穴内で前記ガイド軸に装着された軸受ローラをさらに具備するロボットアーム。
【請求項３】
請求項２に記載のロボットアームであって、
前記ガイド部材は、前記ガイド穴を形成する内側壁を有し、
前記軸受ローラは、前記内側壁との間に隙間をあけて設けられているロボットアーム。
【請求項４】
請求項３に記載のロボットアームであって、
前記軸受ローラは、クラウニング加工が施されたクラウニング加工部を有する外周面を有するロボットアーム。
【請求項５】
請求項１に記載のロボットアームであって、
前記ガイド部材による前記ガイド軸の前記ガイド方向は、前記ガイド軸に垂直な面内で、かつ、前記作用端の動く方向に直交する方向であるロボットアーム。
【請求項６】
第１の平行リンク機構と、
搬送対象物を保持することが可能な保持部と、
前記保持部が装着された作用端と、前記作用端と反対側の端部とを有する第２の平行リンク機構と、
前記第２の平行リンク機構の前記作用端及び前記端部の間で、前記第１の平行リンク機構及び前記第２の平行リンク機構を相対的に回転可能に連結する第１の連結軸と、
前記第２の平行リンク機構の前記端部に回転可能に接続されたガイド軸と、
前記ガイド軸が挿通されたガイド穴を有し、前記第２の平行リンク機構の前記作用端の移動のために前記第１の平行リンク機構が駆動される時に、前記ガイド穴に沿って前記ガイド軸を移動させるように、かつ、前記ガイド軸が前記ガイド穴によるガイドの方向とは異なる方向に動くための前記ガイド軸の自由度を維持するように、前記第２の平行リンク機構の前記端部の動きをガイドするガイド部材と、
前記第１の平行リンク機構及び前記ガイド部材を相対的に回転可能に連結する第２の連結軸とを有するロボットアームと、
前記ロボットアームに接続され、前記第１の平行リンク機構を回転駆動する駆動ユニットと
を具備する搬送装置。
【請求項１】
第１の平行リンク機構と、
作用端と、前記作用端の反対側の端部とを有する第２の平行リンク機構と、
前記第２の平行リンク機構の前記作用端及び前記端部の間で、前記第１の平行リンク機構及び前記第２の平行リンク機構を相対的に回転可能に連結する第１の連結軸と、
前記第２の平行リンク機構の前記端部に回転可能に接続されたガイド軸と、
前記ガイド軸が挿通されたガイド穴を有し、前記第２の平行リンク機構の前記作用端の移動のために前記第１の平行リンク機構が駆動される時に、前記ガイド穴に沿って前記ガイド軸を移動させるように、かつ、前記ガイド軸が前記ガイド穴によるガイドの方向とは異なる方向に動くための前記ガイド軸の自由度を維持するように、前記第２の平行リンク機構の前記端部の動きをガイドするガイド部材と、
前記第１の平行リンク機構及び前記ガイド部材を相対的に回転可能に連結する第２の連結軸と
を具備するロボットアーム。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットアームであって、
前記ガイド穴内で前記ガイド軸に装着された軸受ローラをさらに具備するロボットアーム。
【請求項３】
請求項２に記載のロボットアームであって、
前記ガイド部材は、前記ガイド穴を形成する内側壁を有し、
前記軸受ローラは、前記内側壁との間に隙間をあけて設けられているロボットアーム。
【請求項４】
請求項３に記載のロボットアームであって、
前記軸受ローラは、クラウニング加工が施されたクラウニング加工部を有する外周面を有するロボットアーム。
【請求項５】
請求項１に記載のロボットアームであって、
前記ガイド部材による前記ガイド軸の前記ガイド方向は、前記ガイド軸に垂直な面内で、かつ、前記作用端の動く方向に直交する方向であるロボットアーム。
【請求項６】
第１の平行リンク機構と、
搬送対象物を保持することが可能な保持部と、
前記保持部が装着された作用端と、前記作用端と反対側の端部とを有する第２の平行リンク機構と、
前記第２の平行リンク機構の前記作用端及び前記端部の間で、前記第１の平行リンク機構及び前記第２の平行リンク機構を相対的に回転可能に連結する第１の連結軸と、
前記第２の平行リンク機構の前記端部に回転可能に接続されたガイド軸と、
前記ガイド軸が挿通されたガイド穴を有し、前記第２の平行リンク機構の前記作用端の移動のために前記第１の平行リンク機構が駆動される時に、前記ガイド穴に沿って前記ガイド軸を移動させるように、かつ、前記ガイド軸が前記ガイド穴によるガイドの方向とは異なる方向に動くための前記ガイド軸の自由度を維持するように、前記第２の平行リンク機構の前記端部の動きをガイドするガイド部材と、
前記第１の平行リンク機構及び前記ガイド部材を相対的に回転可能に連結する第２の連結軸とを有するロボットアームと、
前記ロボットアームに接続され、前記第１の平行リンク機構を回転駆動する駆動ユニットと
を具備する搬送装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１０４６９５（Ｐ２０１１−１０４６９５Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６１１３３（Ｐ２００９−２６１１３３）
【出願日】平成２１年１１月１６日（２００９．１１．１６）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１６日（２００９．１１．１６）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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