JP2010110830A - クリーンロボット - Google Patents

Abstract

【課題】クリーンロボットにおいて、直動軸を覆う蛇腹状カバーの異常変形を防止する。
【解決手段】外気を蛇腹状カバー１９内に吸入する吸気路２８の途中にチャンバ３０を設け、このチャンバ３０を狭い内側連通路３１を介して蛇腹状カバー１９内に連通させる。そして、チャンバ３０内の空気を、直動軸５に形成された吸引路３２により吸引することにより、収縮時に蛇腹状カバー１９内の空気が内側連通路３１を通じてチャンバ３０内に流れるようにする。これにより、蛇腹状カバー１９内の圧力を、従来よりも、内側連通路３１の空気流通による圧力損失分だけ高くでき、伸長時に蛇腹状カバー１９内の圧力が低下しすぎて蛇腹状カバー１９が異常変形するといった事態の発生を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直動軸を覆う蛇腹状カバー内に外気を吸入することによって塵埃が外部に放出されないようにしたクリーンロボットに関する。

例えば、垂直多関節型ロボットや直交座標型ロボットでは、ハンドなどを取り付ける工具軸として、直線的に上下動する直動軸を採用している。この直動軸を備えたロボットを半導体、電子装置などの組立工場に設置するクリーンロボットとして構成する場合、直動軸を蛇腹状カバーで覆い、そして、ロボット内を負圧にすることで蛇腹状カバー内に外気を吸入して直動軸から外部に塵埃が放出されないようにしている（例えば特許文献１）。
特開平１１−１３８４８８

蛇腹状カバーは直動軸の上下動に伴って伸縮し、その伸縮により蛇腹状カバー内の圧力が高低変化する。蛇腹状カバーからの塵埃の放出を防止するには、蛇腹状カバーの内圧を常時大気圧よりも低い圧力（負圧）に保持する必要がある。そのためには、蛇腹状カバーの収縮時における内圧増大時にあっても負圧が維持されるように、蛇腹状カバー内から吸引する空気量を多くしなければならない。しかしながら、蛇腹状カバーからの吸引空気量を多くすると、逆に、蛇腹状カバーの伸長時にその内圧が低下しすぎて蛇腹状カバーが異常変形する恐れがある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、直動軸を覆う蛇腹状カバーの異常変形を防止することができるクリーンロボットを提供することにある。

請求項１では、外気を蛇腹状カバー内に吸入するために、直動軸のアームからの突出端部に位置して設けられた吸気路内の空気を、前記直動軸に形成された吸引路から吸引するので、吸気路内の圧力が蛇腹状カバー内の圧力よりも、吸引路の空気吸引による圧力低下分だけ低くなる。このため、アーム内の負圧圧力を、吸引路による吸気路の圧力低下分だけ低くしなくとも済む。このようにアーム内の負圧圧力を低くしなくとも良いことにより、蛇腹状カバーの伸長時に、蛇腹状カバー内の圧力が低下しすぎて蛇腹状カバーが異常変形するといった事態の発生を防止できる。また、蛇腹状カバーの収縮時に蛇腹状カバー内の圧力が上昇しても、吸気路内を吸引路の吸気によって負圧の状態に維持できるので、蛇腹状カバー内の空気が吸気路から外部へと流出することはない。

請求項２では、回転する直動軸に非回転の蛇腹状カバーを連結するに必要なボールベアリングを利用して吸気路の少なくとも一部を構成でき、コスト低減となる。
請求項３では、フランジがボールベアリングを覆った状態になるので、蛇腹状カバー内で発生した塵埃がボールベアリング内に侵入し難くなる。
請求項４では、吸気路の内側連通路の通路面積がチャンバの通路面積よりの狭いので、チャンバと蛇腹状カバーとの間で圧力損失が生じ、これにより、蛇腹状カバーの伸縮による外気の吸入量の変化を小さくすることができる。

以下、本発明を水平多関節（４軸）型ロボットからなるクリーンロボットに適用した一実施例につき図面を参照しながら説明する。図３は、クリーンロボットの本体１の外観構成を示している。この本体１は、設置面に固定されるベース２と、このベース２上に垂直軸Ｊ１を中心に旋回可能に連結された第１アーム３と、この第１アーム３の先端部に垂直軸Ｊ２を中心に旋回可能に連結された第２アーム４と、第２アーム４の先端部に上下動可能で且つ回転可能に設けられた直動軸５とから構成されている。そして、直動軸５の下端部に図示しないハンド等のツールが着脱可能に取付けられるようになっている。

図２は、第２アーム４の内部構成を示す。この図２に示されているように、第２アーム４は、フレーム６を主体とするもので、このフレーム６上には、第２アーム４を第１アーム３に対して旋回させるための第２軸用モータ７、直動軸５を回転させるための第３軸用モータ８および直動軸５を上下動させるための第４軸用モータ（図示せず）が固定されている。これら第２軸用モータ７、第３軸用モータ８および第４軸用モータには、それぞれ電磁ブレーキ９（第３軸用モータ８のもののみ図示）が設けられている。

また、フレーム６の先端部には、ボールねじ機構のナット１０と、ボールスプライン機構のスリーブ１１とが、同一軸線上に上下に位置するようにして回転自在に配設されている。ナット１０およびスリーブ１１には、それぞれプーリ１２および１３が取り付けられており、これらプーリ１２および１３は、それぞれベルト伝動機構１４および１５によって第３軸用モータ８および図示しない第４軸用モータに連結されている。

一方、前記直動軸５は、ボールねじスプラインシャフトからなり、その外周部にねじ溝５ａおよびスプライン溝５ｂが形成されている。この直動軸５は、ナット１０およびスリーブ１１に嵌合されて、ねじ溝５ａがナット１０に、スプライン溝５ｂがスリーブ１１にそれぞれ係合されている。そして、第３軸用モータ８が起動すると、スリーブ１１がベルト伝動機構１４を介して回転され、このスリーブ１１の回転により直動軸５が図３の矢印Ａで示すように回転する。また、図示しない第４軸用モータが起動すると、ナット１０がベルト伝動機構１５を介して回転され、このナット１０の回転によって直動軸５が図３の矢印Ｂで示すように上下動するようになっている。

フレーム６の上側は、当該フレーム６に取り付けられた着脱可能なフード１６により覆われており、したがって、フレーム６に配設された上記第２軸用モータ７、第３軸用モータ８、第４軸用モータ（図示せず）、ナット１０、スリーブ１１、ベルト伝動機構１４および１５などは、すべてフレーム６およびフード１６からなる第２アーム４内に収納された状態になっている。ただ、直動軸５の上下両側は、それぞれフード１６およびフレーム６に形成された円形の開口部１７および１８から外方に突出しており、この直動軸５の上下両側の突出部分は、蛇腹状カバー１９および２０によって覆われている。

本実施形態では、本体１内を負圧にし、これにより各部に隙間があった場合にその隙間から本体１内に外気を吸引するようにして本体１内で発生した粉塵などが外部に出ることのないようにしている。そのために、ベース２内の空気を図３に示すブロアなどの吸気装置（吸気手段）２１により吸引するようにしている。第１アーム３内はベース２内に連通し、第２アーム４内は第１アーム３内に連通しているので、ベース２内が負圧にされることによって第１アーム３内および第２アーム４内も負圧にされる。そして、蛇腹状カバー１９，２０は後述のように一端部が開口部１７，１８に連結されることにより、第２アーム４内が負圧になると、両蛇腹状カバー１９および２０内も負圧となり、これによって蛇腹状カバー１９および２０内の空気が外部に漏れ出ることのないようにされる。

ここで、両蛇腹状カバー１９および２０の取り付け構成を図１および図２を参照しながら説明する。なお、取り付け構成は、両蛇腹状カバー１９および２０において上下の関係が逆となるだけで、同一のものであるから、ここでは、上側の蛇腹状カバー１９について説明し、下側の蛇腹状カバー２０については説明を省略する。

即ち、図１に示すように、直動軸５の上端部分は若干小径にされ、この小径部５ｃの下端部にボールベアリング２２が嵌合されている。直動軸５の上端部の小径部５ｃには、雄ねじが形成されており、小径部５ｃにリング２３を嵌合した上でナット２４が雄ねじに螺合されている。そして、このナット２４を締め付けることにより、ボールベアリング２２のインナーレース２２ａが小径部５ｃの下端段部とナット２４との間に締め付け固定されている。

また、図２に示すように、フード１６の開口部１７の周囲部は筒状に形成されている。そして、蛇腹状カバー１９の下端の取り付け筒部１９ａおよび上端の取り付け筒部１９ｂは、それぞれ開口部１７の筒状部１７ａの外周およびボールベアリング２２のアウターレース２２ｂの外周に嵌合されて締め付けバンド（締め付け部材）２５および２６によって締め付けられている。これにより、蛇腹状カバー１９内は開口部１７を通じて第２アーム４内に連通される。なお、下側の蛇腹状カバー２０内は、図３に示すように、開口部１８およびフレーム６の壁部内に形成した通路６ａを介して第２アーム４内に連通されている。

直動軸５の上部には、ボールベアリング２２の下側近傍に位置してフランジ２７が一体に形成されている。このフランジ２７とボールベアリング２２のアウターレース２２ｂとの間には、幅狭の空隙が形成されており、この空隙は蛇腹状カバー１９内に連なっている。ボールベアリング２２は、アウターレース２２ｂとインナーレース２２ａとの間に存在する複数のボール２２ｃ相互間に隙間を有している。そして、このボール２２ｃ相互間の隙間は、外部の雰囲気中に連なっていると共に、フランジ２７とアウターレース２２ｂとの間の空隙を通じて蛇腹状カバー１９内に連通している。

したがって、ボールベアリング２２の蛇腹状カバー１９側が負圧にされると、外気がボール２２ｃ相互間の隙間およびフランジ２７とアウターレース２２ｂとの間の空隙を通じて蛇腹状カバー１９側に吸引される。このように、直動軸５の第２アーム４からの突出端部に存在するボール２２ｃ相互間の隙間およびフランジ２７とアウターレース２２ｂとの間の空隙は、外気の吸気路２８として機能する。そして、ボール２２ｃ相互間の隙間（アウターレース２２ｂとインナーレース２２ａとの間の隙間）は、吸気路２８の一部を構成し、吸気路２８のうち、外部と連通する外側連通路２９を構成する。

フランジ２７の上面部（端面部）には、フランジ２７とボールベアリング２２との間の空隙内に向かって開口する環状の凹部が形成されている。この凹部は、吸気路２８の中間にあって外側連通路２９を通じて吸引される外気が一時的に流れ込むチャンバ３０として機能する。チャンバ３０内に流れ込んだ外気は、蛇腹状カバー１９内がチャンバ３０内よりも低圧のとき、フランジ２７とアウターレース２２ｂおよび蛇腹状カバー１９との間の狭い空隙を通じて蛇腹状カバー１９内へと流れる。逆に、蛇腹状カバー１９内がチャンバ３０内よりも高圧のときには、蛇腹状カバー１９内の空気がフランジ２７とアウターレース２２ｂおよび蛇腹状カバー１９との間の狭い空隙を通じてチャンバ３０内へと流れる。

このフランジ２７とアウターレース２２ｂおよび蛇腹状カバー１９との間の狭い空隙は、吸気路２８のうち、蛇腹状カバー１９内と連通する内側連通路３１として機能する。そして、この内側連通路３１の通路面積は、チャンバ３０の通路面積よりも小さくなっており、この内側連通路３１を空気が流通するとき、その流速に応じた圧力損失が生ずる。なお、前述の外側連通路２９の通路面積も、チャンバ３０の通路面積よりも小さくなっている。

直動軸５には、その中心に直動軸５を上下に貫通する吸引路３２が形成されている。この吸引路３２の上端は、直動軸５の上端部に取り付けられた回転管継手３３に連通されている。そして、この回転管継手３３には、前記吸気装置２１に連結されたホース３４が接続されていて、吸引路３２内の空気を吸気装置２１によって吸引できるようにしている。なお、直動軸５の下端における吸引路３２の下端開口は、図示しないプラグによって塞がれている。
直動軸５のフランジ２７には、チャンバ３０を吸引路３２に連通させるための接続路３５が複数本形成されている。したがって、吸引路３２内が負圧にされると、チャンバ３０内の空気が接続路３５を通じて吸引路３２内に吸引されるようになる。

次に上記構成の作用を説明する。なお、この作用説明は、上下の両蛇腹状カバー１９，２０を中心にしたものであるが、両蛇腹状カバー１９，２０について作用は同様であるので、上の蛇腹状カバー１９についてのみ説明し、下の蛇腹状カバー２０については説明を省略する。
吸気装置２１が駆動されると、この吸気装置２１は、本体１内および直動軸５の吸引路３２内の空気を吸引して負圧にする。このため、蛇腹状カバー１９内の空気も開口部１７を通じて第２アーム４内に吸引されるようになり、この結果、蛇腹状カバー１９内も負圧となる。したがって、本体１からは勿論、蛇腹状カバー１９からも空気が外部に漏れ出ない状態になされる。

一方、吸引路３２が負圧になると、接続路３５を介してチャンバ３０内の空気が吸引路３２内に吸引される。このチャンバ３０内の空気が吸引路３２に吸引されること、および上記蛇腹状カバー１９内が負圧になることにより、チャンバ３０内は負圧にされる。そして、チャンバ３０内が負圧になることにより、外側連通路２９から吸気路２８内に外気が吸引される。チャンバ３０内に吸引された外気は、接続路３５から吸引路３２内に吸引される。このとき、蛇腹状カバー１９の内圧がチャンバ３０の内圧よりも低い場合には、チャンバ３０内に吸引された外気の一部が内側連通路３１を通じて蛇腹状カバー１９内へと流れる。

この状態で、直動軸５が上昇すると、蛇腹状カバー１９が伸長してその内容積が増大するため、第２アーム４内の空気が開口部１７を通じて蛇腹状カバー１９内に吸入されるが、開口部１７の通路面積が比較的狭いため、開口部１７を通じての吸入空気量が不足する結果、当該蛇腹状カバー１９内の圧力は低下する。逆に、直動軸５が下降すると、蛇腹状カバー１９が収縮してその内容積が減少するため、蛇腹状カバー１９内の空気が開口部１７を通じて第２アーム４内へと排出されるが、同様の理由で開口部１７を通じの排出空気量が不足するため、当該蛇腹状カバー１９内の圧力は上昇する。
この直動軸５の上昇および下降のうち、蛇腹状カバー１９内の圧力が上昇する下降時において、チャンバ３０（吸気路２８）内の圧力が負圧状態に保たれれば、蛇腹状カバー１９側の空気が外側連通路２９を通じて外部に漏れ出ないことを保障できる。

さて、直動軸５の下降時に蛇腹状カバー１９内の圧力が上昇し、チャンバ３０内の圧力よりも高くなると、蛇腹状カバー１９内の空気が内側連通路３１を通ってチャンバ３０内へと流れる。このとき、内側連通路３１は狭いため、相当程度の圧力損失を生ずる。したがって、蛇腹状カバー１９内の空気が外側連通路２９を通じて外部に漏れ出ないようにするには、吸気装置２１が停止している状態で直動軸５が下降した場合の蛇腹状カバー１９内の最高圧力から、吸気装置２１の空気吸引による第２アーム４内の負圧圧力と、蛇腹状カバー１９内の空気が内側連通路３１を流通する際の圧力損失分を差し引いた圧力が、大気圧未満であれば良い。この場合、チャンバ３０内の圧力は、第２アーム４を負圧にするのと同じ吸気装置２１により負圧化されるのであるから、第２アーム４内の圧力と同程度となる。

以上のことから、第２アーム４内の負圧圧力は、フランジ２７、チャンバ３０、内側連通路３１、吸引路３２、接続路３５のない場合（従来）に比べ、空気が内側連通路３１を流通する際の圧力損失分との合計圧力分だけ高くしても良いこととなる。これを図４に示す。図４（ａ）において、線Ｃは吸気装置２１が吸気機能を停止した状態での直動軸５の上下動に伴う蛇腹状カバー１９内の圧力変化、線Ｄは吸気装置２１の空気吸引による第２アーム４（蛇腹状カバー１９）内の負圧圧力、線Ｅは吸引路３２の吸気によるチャンバ３０内の負圧圧力、線Ｆは蛇腹状カバー１９の伸縮に伴って空気が内側連通路３１を流通する際の圧力損失分である。線Ｆは、蛇腹状カバー１９内の圧力の変化によって内側連通路３１を通る空気流の速度が変化するので、蛇腹状カバー１９内の圧力変化に連動して変化している。なお、線Ｆは、チャンバ３０内の圧力が蛇腹状カバー１９内の圧力よりも低い場合をマイナス方向に定めている。

そして、図４（ｂ）において、線Ｇは図４（ａ）の線Ｃ（伸縮に伴う蛇腹状カバー１９内の圧力）と線Ｄ（第２アーム４内の負圧による蛇腹状カバー１９内の圧力）との合計圧力であって伸縮に伴う蛇腹状カバー１９内の実際の圧力変化を示し、線Ｈは図４（ａ）の線Ｇと線Ｆ（内側連通路３１での圧力損失）との合計圧力であってチャンバ３０内の圧力を示している。
この図４（ｂ）における線Ｇのように、蛇腹状カバー１９内の圧力が大気圧（図４で０で示す。）よりも高くても、チャンバ３０内の圧力が大気圧よりも低い状態を維持できれば、蛇腹状カバー１９側の空気が外側連通路２９を通じて外部（雰囲気中）に漏れ出ることはない。

このように本実施形態によれば、第２アーム４内の負圧圧力を、従来よりも、空気が内側連通路３１を流通する際の圧力損失分だけ高くすることができる。このため、直動軸５が上昇する際に蛇腹状カバー１９が伸長してその内圧が低下しても、蛇腹状カバー１９内は、従来に比べてそれ程低い圧力にならない。この結果、蛇腹状カバー１９の内圧が低下する伸長時に、蛇腹状カバー１９が異常変形を起こすことを効果的に防止することができる。

勿論、蛇腹状カバー１９の内圧が上昇する収縮時においては、蛇腹状カバー１９内の圧力が大気圧よりも高くなる（正圧になる）ことがあるが、このときの圧力も大気圧に比べてそれ程高くなるものではなく、大気圧との圧力差は蛇腹状カバー１９の伸長時の圧力差よりも小さいので、蛇腹状カバー１９が異常変形するようなことはない。なお、蛇腹状カバー１９内の圧力が正圧になっても、その正圧時間は短く、しかも、蛇腹状カバー１９の隙間は、あるとすれば取り付け筒部１９ａ，１９ｂ部分であって、無視しても良い程度の微小なものであるから、蛇腹状カバー１９から外部への空気漏れはないと考えられる。

また、本実施形態では、ボールベアリング２２のアウターレース２２ｂとインナーレース２２ａとの間に存在するボール２２ｃ相互間の隙間を吸気路２８の外側連通路２９としたので、吸気路２８を形成するために、別途、直動軸５に通路を形成せずとも済み、コスト上昇を抑制できる。
更に、直動軸５のフランジ２７とボールベアリング２２との間の空隙を内側連通路３１としたので、同様に、別途、直動軸５に通路を形成せずとも済む。
また、ボールベアリング２２がフランジ２７によって覆われた形態となるので、特に下側の蛇腹状カバー２０側においては、粉塵がボールベアリング２２内に侵入することをフランジ２７によって防止できる。

なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、次のような拡張或いは変更が可能である。
直動軸５の往復方向は上下に限られない。
幅狭の内側連通路３１はなくとも良い。この場合には、吸引路３２により外側連通路２９付近の空気を吸引する構成とすることになるが、当該空気吸引により外側連通路２９付近の圧力が低下するので、その低下分だけ第２アーム４内の負圧圧力を高く設定することができる。
チャンバ３０はなくとも良い。
直動軸５の軸方向両側を蛇腹状カバー１９，２０で覆う構成に限られず、一端側を第２アーム４に取り付けた長い筒体の中に収容して当該筒体の中で上下動させるようにし、蛇腹状カバーで覆うのは残る一端側（多くはツールの取付側）だけを蛇腹状カバーで覆う構成としても良い。

本発明の一実施形態を示す要部の拡大縦断断面図 第２アームの縦断側面図 水平多関節型ロボットからなるクリーンロボットの側面図 各部の圧力変化を示すグラフ

符号の説明

図面中、４は第２アーム、５は直動軸、１７，１８は開口部、１９，２０は蛇腹状カバー、２１は吸気装置、２２はボールベアリング、２７はフランジ、２８は吸気路、２９は外側連通路、３０はチャンバ、３１は内側連通路、３２は吸引路、３５は接続路を示す。

Claims (4)

1. アームに直線的に往復移動可能に設けられ少なくとも一端側を前記アームに設けられた開口部から外方に突出させた直動軸、および前記アームの前記開口部と前記直動軸の前記アームからの突出端部に両端部が連結されて前記直動軸の前記アームからの突出部分を覆い前記直動軸の往復移動に伴って伸縮する蛇腹状カバーを備え、前記アーム内を負圧にすることにより、外気を、前記直動軸の前記突出端部側に位置して設けられた吸気路を通じて前記蛇腹状カバー内に吸引して雰囲気中への塵埃の放出を防止するようにしたクリーンロボットにおいて、
   前記直動軸に吸引路を形成して前記吸引路により前記吸気路内の空気を吸引するように構成したことを特徴とするクリーンロボット。
2. 前記直動軸は回転可能で、前記蛇腹状カバーの一端側は前記直動軸にボールベアリングを介して連結され、前記ボールベアリングのインナーレースとアウターレースとの間の隙間が前記吸気路の少なくとも一部を構成していることを特徴とする請求項１記載のクリーンロボット。
3. 前記直動軸には、前記蛇腹状カバーの内側に位置して前記ボールベアリングと対向するフランジが設けられ、前記ボールベアリングのインナーレースとアウターレースとの間の隙間が前記吸気路のうちの外部と連通する外側連通路を構成し、前記ボールベアリングと前記フランジとの間の隙間が前記吸気路のうちの前記蛇腹状カバー内と連通する内側連通路を構成していることを特徴とする請求項２記載のクリーンロボット。
4. 前記フランジに、前記吸気路の前記外側連通路と前記内側連通路の中間に位置するチャンバが形成され、前記直動軸の吸引路は、前記チャンバ内の空気を吸引するように構成すると共に、
   前記吸気路の前記内側連通路の通路面積を前記チャンバの通路面積よりも狭く設定して前記チャンバ内を常時負圧に保持するようにしたことを特徴とする請求項３記載のクリーンロボット。

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