JP2008074550A - スカラーアーム - Google Patents

Abstract

【課題】中心線対象に一対で設けたフリーアームの先端を連結した構成であって、それぞれのアームの構成が簡易でメンテナンス性がよく、かつ、円滑かつ確実に中心線方向の直線移動を実現するスカラーアームを提供する。
【解決手段】基端側アーム２と先端側アーム３とから構成される一対のフリーアーム４の基端側を基台１に回動自在に取り付け、一対の先端側アーム３の先端側を相互に回動自在に連結した移載アーム５を備え、この移載アーム５に連結された先端側アーム３の先端側に固定された連結軸３ｃ（図２参照）相互間を同期機構６（図２参照）により連結したスカラーアーム３０。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワーク（「搬送対象物」をいう。）を搬送する搬送システムなどに用いられ、ワークを同一水平面内で、多関節のアームによって、直線移動させて移載するスカラーアームに関する。

半導体基板や液晶表示板などを製造する工場においては、その素材となる平板状素材（半導体ウエハや、ガラス板）に多工程の処理を異なる位置で施すため、その平板状素材を収容したトレイなどの搬送対象物であるワークをクリーンルーム内で搬送する搬送システムが必須のものであり、その搬送システムにおいて、多関節のアームによって、ワークを同一水平面内で直線移動させるスカラーアームがワークを移載するのに用いられている。

このようにクリーンルーム内で、多関節のアーム型のスカラーアーム（ワークを移載する移載装置の一つである。）が用いられるのは、クリーンルームを汚染するパーティクルの発生が少ないからである。

図１５は、そのようなスカラーアームであって、本発明の背景技術であるスカラーアームの一例を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその縦断面図である。このスカラーアームは、特許文献１に記載されたものである。

このスカラーアーム１００は、一つの基台１０１と、この基台１０１にそれぞれ回転自在に取り付けられた一対の基端側アーム１０２、１０２′と、この一対の基端側アーム１０２、１０２′のそれぞれの先端に回転自在に取り付けられた一対の先端側アーム１０３、１０３′と、この一対の先端側アーム１０３、１０３′の先端側にそれぞれ回転自在に設置された一対の移載アーム１０５、１０５′とを備えている。

なお、上記それぞれ回転自在に連結された基台１０１と、基端側アーム１０２、１０２′と、先端側アーム１０３、１０３′とをフリーアーム（符号なし。）という。

このフリーアームにおいては、基台１０１に、一対の基端側アーム１０２、１０２′の基端側をそれぞれ独立して回転駆動する減速モータ１０６、１０６′が設けられている。

また、基端側アーム１０２、１０２′、先端側アーム１０３、１０３′の内部には、その基端側の固定側と先端側の回転側とに歯数２：１のタイミングプーリを設け、これらをタイミングベルトで連結した差動連動機構１０２ａ、１０２ａ′、１０３ａ、１０３ａ′が設けられている。

この差動連動機構１０２ａ、１０２ａ′、１０３ａ、１０３ａ′は、例えば、基端側アーム１０２について考えると、この基端側アーム１０２が減速モータ１０６によって、時計回りに１０度回転すると、差動連動機構１０２ａによって先端側アーム１０３が反時計回りに１０度回転するように作用し、結果、移載アーム１０５、１０５′の先端が同じ向きを維持したままで、前進後退するという、いわゆるスカラーアームの基本動作を確保するものである。

このスカラーアーム１００は、このような差動連動機構１０２ａ、１０２ａ′、１０３ａ、１０３ａ′を内蔵し、それぞれ移載アーム１０５、１０５′を備えたフリーアームを独立して鏡像作動させ、一方の移載アーム１０５から他方の移載アーム１０５′へワーク（不図示）を受け渡し可能として、作業効率を高めようとするものである。

一方、ワークである平板状素材（半導体ウエハや、ガラス板）は、近年ますます大型化し、重量も増えており、スカラーアームもこれに対応できるものが要求されている。

しかしながら、このスカラーアーム１００を構成する単体のフリーアームでは、移載可能重量を増やそうとすると、フリーアーム全体が大型化し、それに伴い、移載アーム１０５、１０５′の移載面も高くなり、移載の際に利用できない最低地上高が高くなり、デッドスペースの増加が問題であった。

また、より大型化（広い面積を占める）するワークをより安定的に移載するには、ワークを支持すべき支点軸が二か所ある方が好都合である。

そのため、スカラーアーム１００のそれぞれのフリーアームの別個の移載アーム１０５、１０５′を共通化した移載アームとし、それぞれのフリーアームを鏡像同期駆動させるような二連直結タイプのフリーアームが提案されている。

しかしながら、この二連直結タイプのフリーアームでは、それぞれのアーム内には、上述の差動連動機構が必要であり、機構上複雑なものとなっており、組み付け工数も要し、簡素化が望まれていた。

また、差動連動機構においては、タイミングベルトのテンション調整が適時必要であるが、フリーアームの先端側が移載アームで回転自在に直結されているため、一方のフリーアームのテンション調整を行うと、それが移載アームの方向性に影響を与えることとなるので、他方のフリーアームのテンション調整も拮抗させて行う必要が有り、テンション調整が非常に困難で、メンテナンス性が悪かった。

また、テンション調整を可能とするため、フリーアームのそれぞれのアームを開閉可能なものとする必要があり、それぞれのアームを閉断面のメンテナンスフリーとすることができなかった。

更に、それぞれの同期回転駆動と、差動連動機構のわずかなずれにより、実用上差し支えない程度ではあるが、移載アームがふらふらする現象があり、その改善も求められていた。
特許第２７３９４１３号公報（図１）

本願発明は、上記問題を解決しようとするものであり、中心線対象に一対で設けたフリーアームの先端を連結した構成であって、それぞれのアームの構成が簡易でメンテナンス性がよく、かつ、円滑かつ確実に中心線方向の直線移動を実現するスカラーアームを提供することを課題としている。

請求項１記載のスカラーアームは、二本のアームから構成される一対のフリーアームの基端側を基台に回動自在に取り付け、前記一対のフリーアームの先端側を相互に回動自在に連結した移載アームを備え、この移載アームに連結された前記フリーアームの先端側に固定された連結軸相互間を同期機構により連結したを特徴とする。

請求項２記載のスカラーアームは、請求項１に従属し、同期機構は、一対の相互にかみ合う歯車と、前記一対の歯車のそれぞれと、一対の連結軸のそれぞれとを同期回転させる同期回転伝動手段とを備えていることを特徴とする。

請求項３記載のスカラーアームは、請求項１または２に従属し、一対のフリーアームの内、すくなくともいずか一方のフリーアームが、基端側アームの回転駆動方向に対して先端側アームが所定の方向に回転するように規制する回転方向規制手段を備えていることを特徴とする。

請求項４記載のスカラーアームは、請求項３に従属し、回転方向規制手段は、基台の固定側外周に固定された基台側スプロケットと、先端側アームの基端側回転軸に固定され、該先端側アームから突出した先端側スプロケットと、これら双方のスプロケットを連結するチェーンとを備えたことを特徴とする。

請求項１記載のスカラーアームによれば、二本のアームから構成される一対のフリーアームの基端側を基台に回動自在に取り付け、前記一対のフリーアームの先端側を相互に回動自在に連結した移載アームを備え、この移載アームに連結された前記フリーアームの先端側に固定された連結軸相互間を同期機構により連結したので、移載アームの両端に相等しい力が作用することとなり、移載アームが、一対のフリーアームの対称中心線方向に円滑かつ確実に直線移動する。

請求項２記載のスカラーアームによれば、請求項１の効果に加え、同期機構は、一対の相互にかみ合う歯車と、前記一対の歯車のそれぞれと、一対の連結軸のそれぞれとを同期回転させる同期回転伝動手段とを備えているので、同期機構を簡易に構成でき、また、同期回転伝動手段を用いることなく、相互に噛み合う歯車機構のみで同期機構を構成する場合に比し、相互に噛み合う歯車を小さくすることができる。

請求項３記載のスカラーアームによれば、請求項１または２の効果に加え、一対のフリーアームの内、すくなくともいずか一方のフリーアームが、基端側アームの回転駆動方向に対して先端側アームが所定の方向に回転するように規制する回転方向規制手段を備えているので、例え中立状態となっても、先端側アームが再回動の際に動くべき方向に回動し、全体として、移載アームの直線移動が支障なく行われる。

請求項４記載のスカラーアームによれば、請求項３の効果に加え、回転方向規制手段は、基台の固定側外周に固定された基台側スプロケットと、先端側アームの基端側回転軸に固定され、該先端側アームから突出した先端側スプロケットと、これら双方のスプロケットを連結するチェーンとを備えたので、回転方向規制手段が動力源の不要な簡易な構成で実現可能となる。

以下に、本発明の実施の形態（実施例）について、図面を用いて説明する。

図１（ａ）は、本発明のスカラーアームの一例を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。

このスカラーアーム３０は、例えば、半導体基板や液晶表示板などを製造する工場において、その平板状素材（半導体ウエハや、ガラス板）にクリーンルーム内で種々の加工処理を施すために、その平板状素材を一枚ずつ収容したトレイを搬送対象物であるワークＷとして、一個あるいは複数段積みした状態で移載する際に用いられるものである。

なお、ここでは、スカラーアームが好適に用いられる例として、クリーンルーム内で平板状素材を収容したトレイを搬送する場合を示すが、本発明のスカラーアームは、これに限定されるものではなく、一般に、搬送対象を、同一平面上の他の位置に直線移動させて移載する場合に用いることができるものである。

本発明のスカラーアーム３０は、二本のアーム（基端側アーム２、先端側アーム３）から構成される一対のフリーアーム４の基端側アーム２の基端側を基台１に回動自在に取り付け、一対のフリーアーム４の先端側アーム３の先端側を相互に回動自在に連結した移載アーム５を備え、基台１を移載方向にスライドさせるスライド部２０を備えた基本構成である。

一対の基台１が一対の基端側アーム２のそれぞれを中心線対称に同期回転駆動することによって、移載アーム５が、この対称中心線方向（この方向は、ワークＷを移載する方向でもあるので、「移載方向」とも言う。）に直線移動する。

このスカラーアーム３０は、かかる直線移動を円滑かつ確実に実現するために、図の移載アーム５内に、この移載アーム５に連結されたフリーアーム４の先端側、つまり先端側アーム３の先端側に固定された連結軸（図２参照。）相互間を連結する同期機構（図２参照。）を備えている点を特徴とするが、この同期機構については、図２〜４を用いて詳しく説明する。

上記における、対称中心線とは、基台１の軸中心を結んだ線の中点において、この軸中心を結んだ線に直交する線を言い、図１（ｂ）は、この対称中心線で、スカラーアーム３０を縦断した縦断面図である。

上述のそれぞれ一対の基台１、基端側アーム２、先端側アーム３（これらを合わせて「フリーアーム４」としている。）、移載アーム５を纏めてアーム移載部１０という。ここでは、上記同期機構を内蔵するスカラーアーム３０の基本構成と作用効果についてまず説明する。

スカラーアーム３０は、上述した各部に加えて、アーム移載部１０全体を上記対称中心線方向にスライドさせるスライド部２０を備えている。

アーム移載部１０を載せたスライド部２０は、回転部４０の上に載置され、アーム移載部１０とスライド部２０は回転可能となっている。

この回転部４０が、この図で概念的に２点鎖線で示された昇降台５０の上に載置され、アーム移載部１０とスライド部２０（つまり、スカラーアーム３０）、及び、回転部４０は、昇降可能となっている。

アーム移載部１０の移載アーム５は、移載面を構成する上面５ａ、アームの下面５ｂ、アームの基端となる基端部５ｄ、及び、移載面５ａを維持しながら、基端部５ｄから移載方向の前側に伸び出す一対の受けアーム５ｅを備えている。

この移載アーム５の下面５ｂが、この移載アーム５を回転自在に指示する先端側アーム３の上面３ａより下になっている点が一つの特徴である。つまり、移載アーム５が先端側アーム３に対して上下方向に干渉するように設けられている点である。

より、具体的には、このようにして、移載アーム５の高さを先端側アーム３側に干渉する方向で獲得した結果、移載アーム５の上面（移載面５ａ）が、フリーアーム４の先端側アーム３の上面３ａとほとんど同じ上下位置か、わずかに上の位置となっている。つまり、極力、スカラーアーム３０の移載面の高さを低くすることができるようになっている。

一方、このような移載アーム５とフリーアーム４の先端側アーム３とが上下に干渉する位置関係となっていると、フリーアーム４の回転位相によっては、移載アーム５と先端側アーム３の上下にかぶる部分が衝突する事態となってしまう。

そこで、このスカラーアーム３０においては、移載アーム５の根元部分であって、先端側アーム３と衝突することとなる部分に、図１（ａ）に示したような、移載アーム５と先端側アーム３との相互間の連結部から反連結方向にアーム部分を斜め方向に逃がす逃がし部５ｃを設けている。

図１（ａ）は、アーム移載部１０を移載方向に対して、最も後退させた状態を示しているが、移載アーム５の逃がし部５ｃによって、移載アーム５と先端側アーム３とは近接はしているが、相互に当接はしない状態となっており、衝突を回避している。

こうして、このアーム移載部１０は、全体の高剛性化を達成して、より大型のワークＷを移載可能としながら、その移載面５ａが高くなるのを防止し、一方、移載ストロークは実質的に十分なものを確保している。

また、このスカラーアーム３０は、アーム移載部１０の下方に、このアーム移載部１０全体を載置し、移載方向に直線移動させるスライド部２０を備えている点も特徴である。

つまり、目標とする移載距離を達成するために、スライド部２０による移載と、アーム移載部１０による移載の双方を用い、アーム移載部１０を上に設置して、特にその移載アーム５だけが、移載対象であるワークＷの上方に位置することがあるようにし、下方にあるスライド部２０は、ワークＷの上方あるいは近辺には位置しないようにしている。

つまり、このスカラーアーム３０によれば、移載物の上方や近辺については、パーティクル発生の少ないアーム移載部１０で移動させ、移載物の下方や離れた位置では、スライド部２０で移動させ、アーム移載部１０の負担を軽減しながら、全体として目標とする移載距離を達成し、ワークＷの大型化に対応可能であり、かつ、パーティクルの影響を少なくすることができるのである。

なお、移載ストロークの長さによっては、スライド部２０は不要な場合もあり、その場合、アーム移載部１０が本来のスカラーアームとなる。

図２は、図１のスカラーアームが備える同期機構を示す平面図、図３は、図２の同期機構に含まれるテンション機構を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図、（ｃ）は（ａ）の下側面図、図４（ａ）、（ｂ）は、図２の差動機構の作動説明図である。なお、これより既に説明した部分については、同じ符号を付して重複説明を省略する。

図２は、図１（ａ）の移載アーム５の基端部５ｄを裏側から覗いた所を示しており、この基端部５ｄの裏側部分に、本発明の同期機構６を構成する歯車７と、同期回転伝動手段８とが設置されている。

歯車７は、同じモジュール、同じ歯数の一対の平歯車７ａ，７ｂで構成された歯車列であり、常に相互にかみ合う状態とされている。

同期回転伝動手段８は、一対の先端側アーム３の先端側連結軸３ｃにそれぞれ同期回転するように固定された一対のアーム側スプロケット８ａと、一対の平歯車７ａ，７ｂのそれぞれに同期回転するように固定された一対の歯車側スプロケット８ｂと、アーム側スプロケット８ａ、歯車側スプロケット８ｂのそれぞれを連結する一対のチェーン８ｃとを備えている。

また、同期回転伝動手段８は、アーム側スプロケット８ａと歯車側スプロケット８ｂとを連結する一対のチェーン８ｃについて、それぞれ独立して適度なテンションを与えるために用いられるテンション関連部品（テンション機構８Ｔ）８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈ、８ｉ、８ｊ及び８ｋを備えている。

同期回転伝動手段８のアーム側スプロケット８ａが固定されている先端側アーム３の先端側連結軸３ｃは、先端側アーム３の先端側と、移載アーム５とを回転自在に連結するもので、この連結軸３ｃ自身は、先端側アーム３の先端側に固定されて回転しないものであるが、この連結軸３ｃを移載アーム５側に設けられた軸受（符号なし）が回転自在に支持し、上記両者の回転自在の連結を実現している。

このような構成の同期機構６によれば、図４（ａ）に示したように、基端側アーム２が回転駆動されると、先端側アーム３が移載アーム５を動かそうとする力Ｆ２が発生し、図２に示すようにこの力Ｆ２に起因するトルクＴ２が先端側アーム３の先端側連結軸３ｃに作用し、このトルクＴ２が、同期回転伝動手段８を介して、一対の歯車７ａ、７ｂ間に作用し、ここで一対の先端側アーム３の先端に生じるトルクＴ２が相互に同方向の拮抗状態となる。

したがって、一方のフリーアーム４の先端側に発生するトルクＴ２に相違があっても、その相違は、相互に相手側を同方向に回転させるように拮抗作用するので、結局、両者が相等しいものとなり、これにより、両端の連結軸３ｃから等しいトルクＴ２を受ける移載アーム５は、左右の等しいトルクＴ２の合力により、フラフラすることなく、連結軸３ｃの対称中心線上を円滑にかつ確実に直線移動することとなる。

また、この同期機構６を備えることで、それぞれ一対のフリーアーム４について、基台１によって基端側アーム２を同期鏡像駆動するだけで、その駆動力が先端側アーム３、移載アーム５と伝動され、この移載アーム５を円滑かつ確実に中心線方向に直線移動させるので、背景技術では必要であったそれぞれのアームに内蔵された差動連動機構は不要になる。

つまり、このような同期機構６を備えたスカラーアーム３０によれば、中心線対象に一対で設けたフリーアーム４の先端を連結した構成でありながら、それぞれのアームの構成が簡易でメンテナンス性がよくなり、かつ、円滑かつ確実に中心線方向の直線移動を実現することができる。

なお、差動連動機構を備えた背景技術のスカラーアーム１００を構成するフリーアームにおいては、差動連動機構が含まれているので、そのテンション調整による移載アームの方向性を維持するための困難性が生じていたが、本発明では、アーム自体が差動連動機構を有しないので、これに起因する困難性もない。

しかしながら、上記同期機構６を備えた場合、例え、差動連動機構を備えて、そのテンション調整が必要な場合でも、同期機構６の拮抗作用により、移載アームの方向性は維持されるので、テンション調整が容易になるものである。

さて、上記のような同期機構６の機能が適正に発揮されるためには、その機能を保持しながら、同期回転伝動手段８のチェーンのテンションを適正に保持することが重要なる。ここでは、このテンション機構８Ｔを構成するテンション関連部品について説明する。

テンション関連部品（テンション機構８Ｔ）は、図２、３に示すように、テンション調整を行う２種類のテンション調整軸８ｄと８ｆ、テンション調整される各軸を支持する２種類のテンションプレート８ｅと８ｇ、テンションプレート８ｇに設けられ、歯車７ａ及び７ｂと歯車側スプロケット８ｂとを同期回転状態で軸支する同期軸８ｉと８ｊ、２種類のテンションプレート８ｅと８ｇとを同期軸８ｉと８ｊとの中間点で、回動可能に軸支する中心軸８ｋ、同期軸８ｉと８ｊの反テンションプレート８ｇ側を軸支する表側プレート８ｈ、及び、テンションプレート８ｅを回動可能に軸支する回動軸８ｍからなっている。

テンション調整軸８ｄと８ｆとは、両端にそれぞれ自由継手を持ち、その自由継手間を間隔調整可能に調整用ボルトで連結したもので、この調整用ボルト部分を回動させることで、自由継手間の距離を長くしたり、短くしたりすることができるものである。

テンション調整軸８ｄの一端は外部の不動点に、他端はテンションプレート８ｅに固定され、テンションプレート８ｅが回動軸８ｍを中心に回動する量が調整可能となっている。

テンション調整軸８ｆの一端はテンションプレート８ｅに、他端はテンションプレート８ｇに固定され、これらのテンションプレート８ｅと８ｇ相互間の中心軸８ｋを中心とした回転位相角度を調整する。

なお、中心軸８ｋの位置は、アーム側スプロケット８ａが軸支されている連結軸３ｃ間の中点近傍となるようにしてある。

テンションプレート８ｇに設けられた同期軸８ｉと８ｊとは、歯車７ａと７ｂが常に噛み合うように回転支持している。これらの歯車７ａと７ｂとのそれぞれに別個独立して同期回転する歯車側スプロケット８ｂは、歯車７ａと７ｂとに比べ、より小さいピッチ径であり、歯車７ａと７ｂとの円滑な噛み合い状態に支障を与えるものではない。

このような構成で、このテンション機構８Ｔによれば、テンション調整軸８ｄを調整すると、テンションプレート８ｇ上の中心軸８ｋが回動軸８ｍを中心に回動し、中心軸８ｋが図２において上下し、これに伴い、上下のチェーン８ｃのテンションがそれぞれ相反的に調整される。

つまり、中心軸８ｋが上にいくと、上のチェーン８ｃが緩められ、下のチェーン８ｃが張られる。中心軸８ｋが下にいくと、上のチェーン８ｃが張られ、下のチェーン８ｃが緩められる。

一方、テンション調整軸８ｆを調整すると、中心軸８ｋを中心として、同期軸８ｉと８ｊが回動するので、それぞれの歯車側スプロケット８ｂは、時計回りなら上下のチェーン８ｃを同時に張り、反時計回りなら上下のチェーン８ｃを同時に緩めるように作用する。

こうして、このテンション機構８Ｔによれば、歯車７の噛み合い状態を維持しながら、同期回転伝動手段８のそれぞれのチェーン８ｃのテンションを適正に保持することができる。

また、図２から解るように、テンション調整軸８ｄ、８ｆの調整のための調整用ボルト部分は、移載アーム５の基端部５ｄの構造部の枠体Ｄで形成される空間部分となっており、移載アーム５の上方（図２の反対面）からの調整が可能であり、作業性がよい。

なお、同期機構の要部となる相互に噛み合う歯車は、相互の位相ずれなく、双方間のトルクが同方向となるように影響しあうものであればよく、歯車の組み合わせに限定されるものではない。

また、同期回転伝動手段は、ここではスプロケット・チェーンの組み合わせのものを例示したが、これに限らず、基端部５ｄ内に収容される偶数個の歯車列や、タイミングプーリ・ベルトの組み合わせなどでもよく、スプライン軸と軸直交回転伝達手段とを組み合わせたものなどでもよいが、回転位相が確実にずれなく伝動されるものである必要がある。

図４を用いて、同期機構６を内蔵した移載アーム５を備えたアーム移載部１０の動作について再確認する。

図４（ａ）に示すように、それぞれの基台１は、基端側アーム２をトルクＴ１で同期鏡像回転駆動する。そのトルクＴ１は、基端側アーム２の先端側では、先端側を図示方向に動かそうとする力Ｆ１となる。

この力Ｆ１は、先端側アーム３を介して、移載アーム５の両端をそれぞれ図示方向に動かそうとする力Ｆ２となる。

ここで、上述したように、移載アーム５には同期機構６が内蔵されているので、この力Ｆ２が、歯車７ａ、７ｂ間の同方向のトルクＴ２として拮抗作用をうけ、何らかの原因でそれぞれ相違する場合があったとしても、相等しいトルクＴ２となる。

その結果、移載アーム５両端の力Ｆ２も相等しいものとなって、その合力Ｆ２２は、基台１間の対称中心線方向の合力Ｆ２２となり、移載アーム５をフラフラすることなく円滑かつ確実にこの中心線方向に直線移動させ、図４（ｂ）の状態となるのである。

なお、同期機構６の構成要素としては、本来、噛み合う２個の歯車列からなる歯車７だけで十分なものであるが、一定の間隔をもって設置されている回転軸３ｃ間を一組の歯車だけで噛み合わせようとすると、歯車の外径が大きくなり、移載アーム５の基端部５ｄから大きくはみ出すこととなるので、ここに例示した同期回転伝動手段８を介在させたものである。

図５は、図１のスカラーアームが備える回転方向規制手段を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のテンション部の縦断面図、図６（ａ）は、図５の回転方向規制手段の作動説明図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）の状態から正常にスカラーアームが作動した状態を示す図である。

さて、同期機構６を備えたアーム移載部１０は、上述したように移載アーム５を対称中心線方向に円滑かつ確実に直線移動させるが、図６（ａ）のように、基端側アーム２、先端側アーム３、移載アーム５の長手方向が一直線状にならぶ状態［０］（それぞれの符号に「［０］」を付して示している。）となった場合に不都合が生じる。

つまり、この状態［０］から、基端側アーム２が基台１によって移載アーム５を前進（図の上方向）させるべく鏡像回転駆動されて、状態［１］となろうとする場合、先端側アーム３が完全に中立状態であるため、基端側アーム２に作用する回転駆動力に対して、先端側アーム３が動き出そうとする方向が、図示した状態［１Ａ］となるか、状態［１Ｂ］となるか規制できないのである。

そのため、このような場合に、先端側アーム３の動くべき方向を、基端側アーム２の回転駆動方向に対応させて望ましい方向（状態［１Ｂ］）に規制するのに回転方向規制手段１３が設置されており、以下、この回転方向規制手段１３について説明する。

図５に示すように、回転方向規制手段１３は、基台１の固定側に固定され、回転しない基台側スプロケット１３ａと、基端側アーム２の先端側に回動可能に連結された先端側アーム３の基端側回転軸３ｂに同期回転するように固定された先端側スプロケット１３ｂと、これらの基台側スプロケット１３ａと先端側スプロケット１３ｂとに架け渡されたチェーン１３ｃとを備えている。

基台側スプロケット１３ａの歯数に対して、先端側スプロケット１３ｂの歯数は、２：１となるようにしてある。

先端側アーム３の基端側回転軸３ｂは、図６（ｂ）に概念的に示すように、基端側アーム２を貫通して、突出しており、この回転軸３ｂの突出部分に、先端側スプロケット１３ｂが固定されている。

基台側スプロケット１３ａも基台１の外部に露出する形で設置されている。よって、回転方向規制手段１３は、基端側アーム２の閉鎖部分に収容されているのではなく、基端側アーム２の外部下方に、その基台側と先端側とを接続するように設けられている。

ここで、この回転方向規制手段１３の作用について説明する。図５の状態から、基端側アーム２が基台１からの回転駆動力により、図示したように方向Ｕに僅かに回動したとする。すると、仮想的に、基端側アーム２の先端側の回転軸３ｂは、状態［０］から状態［１］となる。

しかし、回転方向規制手段１３のチェーン１３ｃは、回転しない基台側スプロケット１３ａに架け渡されているので、自身は動かない。よって、このチェーン１３ｃ上の一点Ｘは、状態［１］の回転軸３ｂ［１］に関しても、同じ位置を保持しようとする。

したがって、回転軸３ｂが状態［０］から状態［１］となった分、この回転軸３ｂに固定されたスプロケット１３ｂは、図示した方向ｕに回転することとなる。

つまり、回転方向規制手段１３によれば、基台１が基端側アーム２を回動させる方向と逆方向に先端側アーム３が回動するように規制することができる。また、この際、基台側スプロケット１３ａの歯数に対して、先端側スプロケット１３ｂの歯数を、２：１としておくと、基端側アーム２の回動角度と先端側アーム３の回動角度とを等しいものとすることができる。

なお、この回転方向規制手段１３は、チェーン１３ｃを用いているので、適当なテンションを付与することが必要であり、そのために、テンションスプロケット１４ａと、このテンションスプロケット１４ａを回動可能かつ軸位置スライド可能に支持するスライド軸板１４ｂと、スライド軸板１４ｂをスライドさせるスライド軸１４ｃとからなるテンション部１４を備えている。

本発明のアーム移載部１０は、上述のような回転方向規制手段１３を備えているので、例え、図６（ａ）のような中立状態で停止して、再回転駆動される場合でも、同図に示すように、先端側アーム３が状態［１Ａ］となることなく、図６（ｃ）に示すような正しい状態［１Ｂ］となり、正しい作動を確保することができる。

また、この回転方向規制手段１３は、基端側アーム２の外部に設けられているので、テンション調整などのメンテナンスが容易である。

なお、テンション調整しても、上述したように同期機構６の拮抗作用により移載アーム５の方向性に影響を与えないのでその点でも有利である。

この回転方向規制手段１３は、構成的には、背景技術で示したような差動連動機構と同一である。しかしながら、差動連動機構は、それぞれ連結される次段のアームを元のアームに対して反対方向に強制的に回転駆動するための動力伝達の機能を有するのに対し、本発明の回転方向規制手段は、単に、中立状態からの動き初めに、先端側アームの移動方向を望ましい方向に導くためのものであり、その後には、本来の駆動系の邪魔をしないものであればよいものである点で異なっている。

したがって、回転方向規制手段１３に用いるチェーンとスプロケットなどは、差動連動機構に用いるものに比べて、格段に容量の小さいもので済むし、滑りが生じるベルト回転伝達手段などであってもよい。もちろん、チェーンとスプロケットの代わりに、タイミングベルトとプーリーの組み合わせや、他の、同期回転伝達手段であってもよい。

また、上述したように回転方向規制手段は、動き始めの方向づけをするものであるので、例えば、基端側アーム２に対して、先端側アーム３を常に望ましい方向に回転するように付勢する小容量の電動モータなどであってもよい。

なお、回転方向規制手段１３は、一対のフリーアーム４の内、どちらか一方に設ければ、他方のフリーアーム４の先端側アーム３の回動方向も同期機構６により規制されるので、十分であるが、双方のフリーアーム４に設けるようにしてもよい。

さて、続いて図７から図１３を用いて、上述の同期機構６、回転方向規制手段１３を内蔵したスカラーアーム３０の具体的作動態様について説明する。

図１の状態では、スカラーアーム３０の移載方向は、このスカラーアーム３０が載置されている昇降台５０の長手方向と一致している。ここで、回転部４０により、スライド部２０とスカラーアーム３０が９０度反時計回りに回転されると図７の状態となる。

移載すべきワークＷを載置すべき載置場所は、図１４で後述するように、昇降台５０の長手方向に沿った走行路の両側に設けられており、一旦スカラーアーム３０に載置され、待機状態であったワークＷ（図１）の移載動作がこの図７の状態から、開始される。

図７から図８では、スカラーアーム３０のスライド部２０だけが作動して、移載アーム部１０は作動しない。つまり、移載アーム部１０のフリーアーム４が最後退状態（待機状態）を維持しながら、移載アーム部１０全体がスライドして、図８の状態となっている。

この間の移載移動では、移載アーム部１０はワークＷを載置した積荷の状態ではあるが、最後退した待機状態であって、そのワークＷの荷重によってスライド部２０に作用するモーメントは最小の状態であり、スライド部２０の軸受に負荷される動負荷荷重が低減され、軸受を長持ちさせることができる。

ついで、図８から図１２では、アーム移載部１０だけが作動して、その先端側の移載アーム５がワークＷを載せた状態で順に前進している。なお、この間、スライド部２０は静止しているので、移載アーム５に載せられたワークＷの荷重によるモーメントの影響も静止的なものであり、動荷重ではないので、その影響は少ない。

ここで、図１２では、基端側アーム２及び先端側アーム３と移載方向となす角度が１８０度（あるいは、双方が平行状態）となって、フリーアーム４が完全に伸びきった状態となっており、この状態で、昇降台５０が下降して、スカラーアーム３０は、ワークＷを目的の載置場所に載置する。

さて、ワークＷを降ろした後は、スカラーアーム３０は空荷の状態となり、この場合には、アーム移載部１０とスライド部２０が同時に作動して、移載アーム５を高速で後退させる。つまり、空荷で、移載アーム５に負荷のない時には、移載アーム５をより早く移動させ、動作時間を短縮することができる。

図１３は、その途中過程を示すものであり、移載アーム５が最後退位置まで後退すると、図７の状態となる。ただし、その場合には、ワークＷがない状態である。

なお、図１１、図１２に示す符号ＺＷは、ワークＷを載置しておくべきワーク載置エリアＺＷを示し、符号ＺＳは、ワークＷを搬送するために用いる搬送エリアＺＳを示し、これらのワーク載置エリアＺＷと搬送エリアＺＳとの境界を太線の２点鎖線の境界線ＢＺで示している。

ここで、上述したように、本発明のスカラーアーム３０では、パーテイクルの発生の可能性の高いスライド部２０は、境界線ＢＺよりも搬送エリアＺＳ側へ大きく後退した位置であり、ワーク載置エリアＺＷにあるワークＷへのパーテイクルの影響を極力少なくすることができる。

一方、ワーク載置エリアＺＷへ侵入するアーム移載部１０は、多関節アーム構造であり、パーテイクルの発生は少なく、この部分にあるワークＷの汚染を極力抑えることができる。

加えて、スカラーアーム３０の全体の移載距離は、アーム移載部１０の移載距離と、スライド部２０の移載距離を合わせたものとなっており、全体として、より長い移載距離を達成することができる。

こうして、本発明のスカラーアーム３０によれば、繰り返しとなるが、パーテイクル発生の問題を回避しながら、大型化するワークに対応した移載が可能となっている。

このようなスカラーアーム３０の基本的機能が発揮される過程で、同期機構３と回転方向規制手段１３とは、円滑かつ確実な移載アーム５の中心線方向の直線移動を確保するという役割を果たしている。

図１４は、図１のスカラーアームを備えた搬送システムの一例を示す外観斜視図である。

この図１４に示す搬送システム８０は、同期機構６を内蔵し、回転方向規制規制手段１３を備えたアーム移載部１０及びスライド部２０を備えたスカラーアーム３０と、回転部４０と、昇降台５０とに加え、この昇降台５０を昇降させる昇降装置６０と、この昇降装置６０を設けた走行台車７０とを備えている。

昇降装置６０は、走行台車７０の上に、走行方向の前後端に一対立設され、その内部に昇降駆動手段（不図示）を設けて、これにより一対の昇降装置６０間に架け渡されるように設置された昇降台５０を昇降させるものである。

上部フレーム６１は、一対の昇降装置６０の天頂部分を連結して、走行台車７０、一対の昇降装置６０、上部フレーム６１で構成される強固な構造体を構成している。

走行台車７０は、走行台車フレーム６７の四角に設けられた車輪６１を備え、昇降装置６０、昇降台５０、スカラーアーム３０を、走行路６２に沿って、直線移動させる。

ワークは、スカラーアーム３０の移載アーム５上に載置されて、スカラーアーム３０のアーム移載部１０により前進後退（矢印Ｐ１）され、スライド部２０により前進後退（矢印Ｐ２）され、回転部４０により回転（矢印Ｐ３）される。

また、ワークは、スカラーアーム３０に載置された状態で、このスカラーアーム３０を載せた昇降台５０により上下昇降（矢印Ｐ４）され、また、昇降台５０を昇降させる昇降装置６０を載せた走行台車７０の走行により直線状に移動（矢印Ｐ５）される。

スカラーアーム３０は、その待機位置では、ワークを載せたままで、昇降台５０上で、図の移載アーム５の先端の向きから、１８０度反対向きまで回転することができる。

したがって、この搬送システム８０によれば、この走行路６２の両側の異なる位置の異なる高さのＡ地点からＢ地点まで、ワークを搬送することができ、その場合に、本発明のスカラーアーム３０は、同期機構６を内蔵し、回転方向規制手段１３を備えた移載アーム１０により、それぞれのアームの構成が簡易でメンテナンス性がよくなり、かつ、円滑かつ確実に中心線方向の直線移動を実現し、その効果は、搬送システム８０全体にも及ぶものである。

以上、実施態様において本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術、つまり、本願特許発明の技術的範囲には、各所に適宜記載しているように、以上に例示した実施態様を様々に変形、変更したもの、または、それらの組み合わせが含まれる。

本発明のスカラーアームは、中心線対象に一対で設けたフリーアームの先端を連結した構成であって、それぞれのアームの構成が簡易でメンテナンス性がよく、かつ、円滑かつ確実に中心線方向の直線移動を実現することが要請される産業分野に用いることができる。

（ａ）は、本発明のスカラーアームの一例を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図 図１のスカラーアームが備える同期機構を示す平面図 図２の同期機構に含まれるテンション機構を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図、（ｃ）は（ａ）の下側面図 （ａ）、（ｂ）は、図２の同期機構の作動説明図 図１のスカラーアームが備える回転方向規制手段を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のテンション部の縦断面図 （ａ）は、図５の回転方向規制手段の作動説明図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）の状態から正常にスカラーアームが作動した状態を示す図 図１のスカラーアームの作動態様を順に示す図 図１のスカラーアームの作動態様を順に示す図 図１のスカラーアームの作動態様を順に示す図 図１のスカラーアームの作動態様を順に示す図 図１のスカラーアームの作動態様を順に示す図 図１のスカラーアームの作動態様を順に示す図 図１のスカラーアームの作動態様を順に示す図 図１のスカラーアームを備えた搬送システムの一例を示す外観斜視図 本発明の背景技術であるスカラーアームを示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその縦断面図

符号の説明

１ 基台
２ 基端側アーム
３ 先端側アーム
３ａ 上面
３ｂ 基端側回転軸
３ｃ 連結軸
４ フリーアーム
５ 移載アーム
５ｃ 逃がし部
６ 同期機構
７ 歯車
８ 同期回転伝動手段
８Ｔ テンション機構
１０ アーム移載部
１３ 回転方向規制手段
１３ａ 基台側スプロケット
１３ｂ 先端側スプロケット
１３ｃ チェーン
１４ テンション部
２０ スライド部
３０ スカラーアーム（移載装置）
４０ 回転部
５０ 昇降台
６０ 昇降装置
７０ 走行台車
８０ 搬送システム

Claims (4)

1. 二本のアームから構成される一対のフリーアームの基端側を基台に回動自在に取り付け、前記一対のフリーアームの先端側を相互に回動自在に連結した移載アームを備え、この移載アームに連結された前記フリーアームの先端側に固定された連結軸相互間を同期機構により連結したスカラーアーム。
2. 同期機構は、一対の相互にかみ合う歯車と、前記一対の歯車のそれぞれと、一対の連結軸のそれぞれとを同期回転させる同期回転伝動手段とを備えている請求項１記載のスカラーアーム。
3. 一対のフリーアームの内、すくなくともいずか一方のフリーアームが、基端側アームの回転駆動方向に対して先端側アームが所定の方向に回転するように規制する回転方向規制手段を備えている請求項１または２記載のスカラーアーム。
4. 回転方向規制手段は、基台の固定側外周に固定された基台側スプロケットと、先端側アームの基端側回転軸に固定され、該先端側アームから突出した先端側スプロケットと、これら双方のスプロケットを連結するチェーンとを備えた請求項３記載のスカラーアーム。

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