JP3447709B2 - 産業用ロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばシリコン
ウェハやガラス基板を搬送する産業用ロボットに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウェハやガラス基板などを搬送
する産業用ロボットとして、リンク機構を用いたロボッ
トが従来から存在する。たとえば第１および第２の２つ
のリンクが連結されて構成されるリンク機構を伸縮させ
ることで搬送する。このようなリンク機構を伸縮駆動さ
せるには、第１リンクを回転させるとともに、第２リン
クを回転させる必要がある。そのために、駆動源で第１
リンクを回転させるとともに、第１リンクの回転を第２
リンクに伝達し、第１リンクに同期して第２リンクを従
動回転させる必要がある。

【０００３】このように従動回転させる従動回転手段と
して、ベルトとプーリを用いたものがある。このような
ベルトとプーリを用いるロボットの従来技術として、特
開平７−１３７５、特開平９−２３４６８１、特開平９
−３１７８４６、特開平１１−１３８４７２などがあ
る。ベルトとプーリを用いる場合には軽量にすることが
できるが、高い剛性で大きな回転トルクを伝達すること
は困難となる。ベルトを用いて高い剛性で大きな回転ト
ルクを伝達するためには、ベルト幅、張力またはプーリ
径を大きくする必要がある。しかしながら、張力を大き
くするためには、リンクのフレームの強度を上げる必要
があり、これによって重量が過大となってしまう。また
ベルトの幅を大きくする場合には、リンクの厚みが大き
くなってしまう。また、プーリ径を大きくすると、リン
クの幅が大きくなってしまう。

【０００４】産業用ロボットは、扁平かつ小幅でコンパ
クトなものが望まれているため、ベルト幅やプーリ径を
大きくすることは避けたい。

【０００５】また、ベルトを用いる場合には、伝達系の
剛性が低くなるといった問題も有する。つまり、ベルト
の伸びなどによって直進運動方向に対して横方向に振れ
たり、保持手段が横方向の力に対して移動しやすいとい
う問題があった。

【０００６】シリコンウェハやガラス基板を搬送する場
合、直進運動方向に対して保持手段が横方向に振れたり
すると、シリコンウェハやガラス基板を他の部材に接触
させて傷つけることになる。特にリンクが長くなるとベ
ルトも長くなり、リンク機構を駆動させる力も指数関数
的に増加するので、ベルトの伸びはさらに大きくなる。
結果として、横方向の振れ幅も指数関数的に増加するこ
とになり使用可能な搬送距離には限界がある。

【０００７】また、ベルトを用いる場合には、摺動面積
が大きくなり、発塵しやすくなるため、シリコンウェハ
の搬送など、クリーンルームで用いる場合に、非常に不
利となる。

【０００８】また、ベルトとプーリを用いずに回転力を
伝達する方法として、ギヤトレインを用いる方法があ
る。ギヤトレインを用いる場合、動作範囲を大きくとる
ためにリンクを長くするためには、歯車の数を増やす
か、歯車の径を大きくする必要がある。しかしながら、
歯車の数を増やした場合には、重量、部品点数が増加
し、歯車径を大きくした場合には、リンクの幅が大きく
なるといった問題を有する。また、この場合、摺動部が
増加し、発塵しやすくなる。

【０００９】また、ベルトやギヤトレインを用いない従
動回転手段を用いるロボットとして、特開平８−４７８
７８「関節機構」には、シャフトと傘歯車とを用いる機
構が開示されており、図７にこれを示す。この公報に開
示される機構は、シャフト１００の両端部に固定される
一対の第１傘歯車１０１,１０２と、これらに噛合する
一対の皿形の第２傘歯車１０３,１０４とを有し、一方
の第２傘歯車１０３の軸１０５をモータで回転駆動さ
せ、他方の第２傘歯車１０４の軸１０６に第２リンクを
連結することで、モータの回転力を第２リンクに伝達す
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この機構では、一方の
第２傘歯車１０３に噛合する第１傘歯車１０１は、皿形
の第２傘歯車１０３に対して内側から噛合する。つま
り、第２の傘歯車１０５の軸線Ｌ１とシャフト１００の
軸線Ｌ２との交点が、シャフト１００の内部に存在する
構造となるので、これにより、従動回転手段を内蔵する
第１リンクの厚みが大きくなり、構成が大型化するとい
った問題を有する。

【００１１】また、近年被搬送物としてのシリコンウェ
ハやガラス基板は大型化し、負荷重量が増加する傾向に
あり、ロボット重量に対する負荷重量の比率の向上が望
まれている。

【００１２】本発明の目的は、薄型でかつ小幅のコンパ
クトな構成で、しかも伝達系の剛性を高くすることがで
きる産業用ロボットを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、軸３の第１軸
線Ａ１まわりに、回転駆動手段１４，３３，３４，３
５，６５によって、基端部が回転可能に取り付けられた
第１リンク１０の先端部に、第１軸線Ａ１に平行な第２
軸線Ａ２まわりに、第２リンク１１の基端部が、回転可
能に支持され、第２リンク１１の先端部に、第１および
第２軸線Ａ１，Ａ２に平行な第３軸線Ａ３まわりに、ホ
ルダ１３またはアーム８１が、回転可能に連結され、第
１および第２軸線Ａ１，Ａ２間の距離と、第２および第
３軸線Ａ２，Ａ３間の距離とは、同一であり、第１リン
ク１０の第１軸線Ａ１まわりの回転によって、第２リン
ク１１を第２軸線Ａ２まわりに、第１リンク１０の第１
軸線Ａ１まわりの回転方向とは逆の回転方向で回転させ
る第１従動回転手段２０と、第２リンク１１の第２軸線
Ａ２まわりの回転によって、ホルダ１３またはアーム８
１を第３軸線Ａ３まわりに、第２リンク１１の第２軸線
Ａ２まわりの回転方向とは逆の回転方向で回転させる第
２従動回転手段２１とを含む産業用ロボットにおいて、
第１リンク１０は、内側の第１空間を有し、第２リンク
１１は、内側の第２空間を有し、第１従動回転手段２０
は、第１リンク１０の第１軸線Ａ１まわりの回転を、第
１傘歯車２９から、第１傘歯車２９に噛合う第２傘歯車
２７と、この第２傘歯車２７が一端部に固定される第１
シャフト２６と、第１シャフト２６の他端部に固定され
る第３傘歯車２８と、第３傘歯車２８に、第１シャフト
２６の軸線に関して第１傘歯車２９とは同一の側方で、
噛合う第４傘歯車３０とを介して、第２リンク１１に伝
達し、この第１従動回転手段２０は、回転方向を整合す
るために介在される第１アイドル歯車６０を有し、第１
傘歯車２９は、第１リンク１０に内蔵され、第１シャフ
ト２６は、第１リンク１０に沿って第１リンク１０の第
１空間に内蔵される第１シャフト２６であって、この第
１シャフト２６の軸線まわりに回転自在に第１リンク１
０に軸支され、第２傘歯車２７は、第１リンク１０の基
端部で、第１リンク１０の第１空間に内蔵され、第２傘
歯車２７は、第１傘歯車２９に第１シャフト２６の外側
から噛合して、第１歯車２９の軸線と第１シャフト２６
の軸線との交点が、第１シャフト２６の軸線の外部への
延長上にあり、第３傘歯車２８は、第１リンク１０の先
端部で、第１リンク１０の第１空間に内蔵され、第４傘
歯車３０は、第１リンク１０の先端部で、第１リンク１
０の第１空間に内蔵され、第３傘歯車２８は、第４傘歯
車３０に第１シャフト２６の外側から噛合して、第４傘
歯車３０の軸線と第１シャフト２６の軸線との交点が、
第１シャフト２６の軸線の外部への延長上にあり、第２
従動回転手段２１は、第２リンク１１の第２軸線Ａ２ま
わりの回転を、第５傘歯車４８から、第５傘歯車４８に
噛合う第６傘歯車４６と、この第６傘歯車４６が一端部
に固定された第２シャフト４５と、第２シャフト４５の
他端部に固定される第７傘歯車４７と、第７傘歯車４７
に、第２シャフト４５の軸線に関して第５傘歯車４８と
は同一の側方で、噛合う第８傘歯車４９とを介して、ホ
ルダ１３またはアーム８１に伝達し、この第２従動回転
手段２１は、回転方向を整合するために介在される第２
アイドル歯車６１を有し、第５傘歯車４８は、第２リン
ク１１の第２空間に内蔵され、第２シャフト４５は、第
２リンク１１に沿って第２リンク１１の第２空間に内蔵
され、第２シャフト４５の軸線まわりに回転自在に第２
リンク１１に軸支され、第６傘歯車４６は、第２リンク
１１の基端部で、第２リンク１１の第２空間に内蔵さ
れ、第６傘歯車４６は、第５傘歯車４８に第２シャフト
４５の外側から噛合して、第５傘歯車４８の軸線と第２
シャフト４５の軸線との交点が、第２シャフト４５の軸
線の外部への延長上にあり、第７傘歯車４７は、第２リ
ンク１１の先端部で、第２リンク１１の第２空間に内蔵
され、第８傘歯車４９は、第２リンク１１の先端部で、
第２リンク１１の第２空間に内蔵され、第７傘歯車４７
は、第８傘歯車４９に第２シャフト４５の外側から噛合
して、第８傘歯車４９の軸線と第２シャフト４５の軸線
との交点が、第２シャフト４５の軸線の外部への延長上
にあり、第１および第２傘歯車２９，２７によって増速
し、第３および第４傘歯車２８，３０によって減速し、
かつ、第２リンク１１は、第１リンク１０の２倍の速度
で回転されるように第１〜第４傘歯車２９，２７，２
８，３０の歯数が選ばれ、第５および第６傘歯車４８，
４６によって増速し、第７および第８傘歯車４７，４９
によって減速し、かつ、ホルダ１３またはアーム８１
は、第２リンク１１の１／２の速度で回転されるように
第５〜第８傘歯車４８，４６，４７，４９の歯数が選ば
れることを特徴とする産業用ロボットである。

【００１４】本発明に従えば、第１および第２従動回転
手段２０，２１に第１および第２シャフト２６，４５を
用いることで、伝達系の剛性を高くすることができ、ま
たベルトとプーリを用いる構造に比べて扁平とすること
ができる。またギヤトレインを用いる構造に比べてより
軽量とすることができる。また発塵も少なくすることが
でき、クリーンルームなどで用いるのにも好適である。
この第１および第２従動回転手段２０，２１は、第１お
よび第２シャフト２６，４５に固定される第２、第３お
よび第６、第７の各傘歯車２７，２８；４６，４７は、
皿形の第１、第４および第５、第８の傘歯車２９，３
０；４８，４９に対して外側方から噛合し、第２および
第３傘歯車２７，２８の軸線と第１シャフト２６の軸線
との交点が、第１シャフト２６の軸線の外部への延長上
にある。同様にして第６および第７傘歯車４６，４７と
第２シャフト４５の軸線との交点が、第２シャフト４５
の軸線の外部への延長上にある。このような構成によっ
て、図７に示す従来技術に比べて薄型に構成することが
できる。リンク機構が第１リンク１０と第２リンク１１
とを有する場合、リンク機構を伸縮させるには、第１リ
ンク１０と第２リンク１１とを逆方向に回転させる必要
がある。本発明では、第１および第２シャフト２６，４
５の両端に噛合する第１、第４および第５、第８の傘歯
車２９，３０；４８，４９を第１および第２シャフト２
６，４５の軸線に関して同一の側方で、噛合し、第１お
よび第２従動回転手段２０，２１は、回転方向を整合す
るために第１および第２アイドル歯車６０，６１がそれ
ぞれ介在されるように構成することによって、第１リン
ク１０と第２リンク１１とを互いに逆方向に回転させる
ことが可能となる。このため、部品点数が少なくて簡単
な構成で従動回転手段を扁平に構成することができる。

【００１５】

【００１６】

【００１７】すなわち本発明では、第１および第２シャ
フト２６，４５の両端部に噛合する第１、第４および第
５、第７傘歯車２９，３０；４８，４９を、第１および
第２シャフト２６，４５に関して同じ側から噛合させ、
従動回転方向を反転させて回転方向を整合するために、
第１および第２従動回転手段２０，２１に、第１および
第２アイドル歯車６０，６１をそれぞれ１つ設ける。こ
のように第１および第２シャフト２６，４５に対して同
じ側から各一対の第１および第４および第５、第７傘歯
車２９，３０；４８，４９を噛合させることによって、
第１および第２シャフト２６，４５を内在する第１およ
び第２リンク１０，１１の内側の第１および第２空間を
有効利用することができ、より扁平に構成することがで
きる。

【００１８】

【００１９】また本発明は、回転駆動手段１４，３３，
３４，３５は、第１軸線Ａ１と平行な回転軸を有し、第
１軸線Ａ１に関して第１シャフト２６とは反対側で、第
１リンク１０に固定される駆動源１４，３４と、駆動源
１４，３４によって回転される第１駆動歯車３５と、第
１傘歯車２９に同軸に固定され、第１駆動歯車３５と噛
合する第２駆動歯車３３とを含むことを特徴とする。本
発明に従えば、後述の図２に示されるように、駆動源１
４，３４の回転軸は、第１軸線Ａ１と平行に設けられ
る。

【００２０】また本発明は、回転駆動手段１４，３３，
３４，３５，６５は、第１シャフト２６に平行な回転軸
を有し、第１軸線Ａ１に関して第１シャフト２６とは反
対側で、第１リンク１０に固定される駆動源１４，３４
と、駆動源１４，３４によって回転され、第１傘歯車２
９に噛合する駆動傘歯車６５とを含むことを特徴とす
る。本発明に従えば、後述の図５に示されるように、駆
動源１４，３４の回転軸が第１シャフト２６に平行とな
るように配置、つまり駆動源１４，３４を横向きに配置
するので、駆動源１４，３４を含む構成をコンパクトに
構成することができる。

【００２１】また本発明は、回転駆動手段１４，３３，
３４，３５，６５は、前記軸３自体を、第１軸線Ａ１ま
わりに回転させるもう１つの駆動源を含むことを特徴と
する。

【００２２】また本発明は、第１および第２シャフト２
６，４５は、中空であることを特徴とする。本発明に従
えば、第１および第２シャフト２６，４５は中空構造で
あり、振れ回りしにくい構造とすることができる。

【００２３】また本発明は、第１および第２傘歯車２
９，２７の増速比は、８倍であり、第３および第４傘歯
車２８，３０の減速比は、１／４であり、第５および第
６傘歯車４８，４６の増速比は、３倍であり、第７およ
び第８傘歯車４７，４９の減速比は、１／６であること
を特徴とする。

【００２４】本発明に従えば、第１従動回転手段２０で
は、第１シャフト２６の前記一端部で増速比８倍とし、
第２シャフト４５の前記一端部で増速比３倍とし、こう
して第１および第２の各シャフト２６，４５では、各シ
ャフト２６，４５の回転速度を増し、第１および第２シ
ャフト２６，４５で伝達する回転トルクを小さく抑える
ことができる。これにより、シャフトの外径を小さくで
き、より小幅で、より軽量とすることができる。また第
１シャフト２６の前記他端部で減速比１／４とし、第２
シャフト４５の前記他端部で減速比１／６とし、このよ
うな増速・減速機構により、第１および第２リンク１
０，１１の両端の第２および第３傘歯車２７，２８なら
びに第６および第７傘歯車４６，４７の径を小さくでき
る。これにより、第１および第２リンク１０，１１の厚
みを小さくすることができる。したがって、リンクロボ
ットをコンパクトにでき、操作性能が向上する。

【００２５】本発明の実施の他の形態では、リンク機構
を垂直方向に伸縮させることで、シリコンウェハなどの
被搬送物や、平行伸縮機構などの水平アームなどを昇降
させることができる。

【００２６】本発明の実施の他の形態では、第１および
第２リンク１０，１１を水平方向に伸縮させることで、
シリコンウェハなどの被搬送物を水平に搬送することが
できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の前提となる産業
用ロボット１を示す斜視図である。本構成では、産業用
ロボット１は、シリコンウェハや、フラットディスプレ
イパネルのガラス基板などの搬送に用いられる。

【００２８】産業用ロボット１は、基台２、昇降軸３、
リンク機構１２およびホルダ１３を有する。基台２が、
床に設置され、この基台２に昇降軸３が、鉛直方向に昇
降可能に設けられる。昇降軸３の上端部に、リンク機構
１２の基端部が連結され、リンク機構１２の先端部に、
被搬送物Ｗを乗載または把持するホルダ１３が取り付け
られる。リンク機構１２は、第１リンク１０と第２リン
ク１１とを有する。第１リンク１０の基端部は、昇降軸
３の上端部に、鉛直な第１軸線Ａ１まわりに回転可能に
取り付けられる。第２リンク１１は、基端部が、第１リ
ンク１０の先端部上で、前記第１軸線Ａ１に平行な第２
軸線Ａ２まわりに回転可能に連結される。第２リンク１
１の先端部上には、前記第１、第２軸線Ａ１，Ａ２に平
行な第３軸線Ａ３まわりに回転可能にホルダ１３が連結
される。

【００２９】また、第１リンク１０の基端部には、第１
リンク１０を、第１軸線Ａ１まわりに回転駆動させる駆
動源であるサーボモータ１４が下方に突出して設けられ
る。第１リンク１０には、昇降軸３に対する第１リンク
１０の回転を第２リンク１１に伝達し、第１リンク１０
に同期して第２リンク１１を従動回転させる第１従動回
転手段２０が内蔵される。同様に、第２リンク１１に
は、第１リンク１０に対する第２リンク１１の回転を伝
達し、第２リンク１１に同期してホルダ１３を回転させ
る第２従動回転手段２１が内蔵される。

【００３０】第１リンク１０のリンク長（第１軸線Ａ
１、第２軸線Ａ２間の距離）と、第２リンク１１のリン
ク長（第２軸線Ａ２と第３軸線Ａ３間の距離）とは同じ
長さであり、本構成では、ホルダ１３を双方向に直進移
動させて直進搬送を行うものとする。さらに詳細に説明
すると、第１リンク１０は、右から左に１８０°反時計
まわりに回転するとき、この第１リンク１０に同期して
第２リンク１１は、時計まわりに３６０°回転する。こ
のように回転させることで、第２リンク１１の先端は、
直進搬送経路Ｌに沿って移動する。また、このときホル
ダ１３は、反時計回りに１８０°回転する。これによっ
て、ホルダ１３に乗載する被搬送物Ｗを非反転、つまり
搬送前と搬送後とで向きを変えずに搬送することができ
る。

【００３１】図２は、リンク機構１２の内部構造を示す
断面図であり、図３は、第１リンク１０と第２リンク１
１との連結部付近を拡大して示す断面図である。これら
の図を参照して、リンク機構１２の動力伝達系について
説明する。

【００３２】第１リンク１０のフレーム２５内には、第
１従動回転手段２０が内蔵される。第１従動回転手段２
０は、シャフト２６、シャフト２６の両端部に固定され
る一対の第１傘歯車２７，２８、および第１傘歯車２
７，２８に噛合する一対の皿形の第２傘歯車２９，３０
を有する。第１リンク１０の基端部側の第２傘歯車２９
は、第１軸線Ａ１と同軸に配置され、昇降軸３に固定さ
れる。また、この第２傘歯車２９には、同軸に平歯車３
３が固定される。

【００３３】第２傘歯車２９の第１軸線Ａ１に関して一
方側にシャフト２６が配置され、他方側にサーボモータ
１４が配置される。サーボモータ１４は、回転軸が第１
軸線Ａ１と平行となるように、縦型に配置され、フレー
ム２５に固定される。サーボモータ２５の上は減速器３
４が設けられる。減速器３４は、サーボモータ１４の回
転軸の回転を減速して平歯車３５を回転させ、この平歯
車３５が、第２傘歯車２９に固定される平歯車３３に噛
合する。

【００３４】シャフト２６は、第１リンク１０に沿って
フレーム２５内に配置され、両端部に設けられる軸受け
３１，３２によって、軸線まわりに回転自在にフレーム
２５に軸支される。一方の第１傘歯車２７が、前記第２
傘歯車２９に噛合する。

【００３５】第１リンク１０の先端部には、第２軸線Ａ
２を中心とする支持軸４０が設けられる。支持軸４０
は、第１リンク１０のフレーム２５の先端部の底壁に固
定され、第２軸線Ａ２に沿って上方に突出する。また、
この支持軸４０の下部には、軸受を介して筒体４１が、
回転自在に支持され、この筒体４１の下端部に前記第２
傘歯車３０が固定される。このようにして、第２傘歯車
３０は、第２軸線Ａ２まわりに回転自在に軸支される。
また、前記筒体４１の上端部に、第２リンク１１のフレ
ーム４２が固定されるとともに、フレーム２５の先端部
から突出した支持軸４０の上端部に軸受を介して第２リ
ンク１１のフレーム４２が支持される。つまり、第２リ
ンク１１は、前記筒体４１および前記傘歯車３０と一体
となって、第２軸線Ａ２まわりに回転する。

【００３６】第２リンク１１のフレーム４２内に、第２
従動回転手段２１が内蔵される。第２従動回転手段２１
は、上述の第１従動回転手段２０とほぼ同様の構造を有
し、シャフト４５、シャフト４５の両端部に固定される
一対の第１傘歯車４６，４７、および第１傘歯車４６，
４７に噛合する一対の第２傘歯車４８，４９を有する。
第２リンク１１の基端部には、前記支持軸４０の上半分
がフレーム４２に挿入される。この支持軸４０に第２傘
歯車４８が固定され、この第２傘歯車４８に、一方の第
１傘歯車４６が噛合する。第２リンク１１の先端部に
は、第３軸線Ａ３を中心として、他方の第２傘歯車４９
が回転自在に軸支され、この第２傘歯車４９に、シャフ
ト４５の他方の傘歯車４７が噛合する。第２傘歯車４９
に、ホルダ１３が取り付けられ、第２傘歯車４９と一体
となってホルダ１３が、第３軸線Ａ３まわりに回転す
る。

【００３７】このように、本構成ではシャフトと傘歯車
を用いてサーボモータ１４の回転を伝達して、第２リン
ク１１および保持手段であるホルダ１３を回転させるの
で、ベルトなどを用いた伝達系にくらべて、剛性を高く
することができる。

【００３８】昇降軸３自体は、第１軸線Ａ１まわりに回
転せず、この昇降軸３に、第２傘歯車２９および平歯車
３３が固定される。したがって、この平歯車３３に噛合
する平歯車３５を、サーボモータ１４によって回転駆動
することによって、平歯車３３のまわりを、平歯車３５
が公転することになる。この平歯車３５は、フレーム２
５に軸支されているので、この平歯車３５の公転にした
がって、第１リンク１０は、第１軸線Ａ１を中心に回転
することになる。

【００３９】シャフト２６およびシャフトに固定される
第１傘歯車２７，２８は、フレーム２５に回転自在に軸
支されている。また、皿形の第２傘歯車２９は、昇降軸
３に固定されるので、第１軸線Ａ１まわりに回転しな
い。したがって、この第２傘歯車２９に噛合する第１傘
歯車２７が、シャフト２６とともに第１軸線Ａ１を中心
として公転しながら、シャフト２６が、その軸線まわり
に回転する。

【００４０】シャフト２６の先端部に固定される第１傘
歯車２８は、第１リンク１０先端に設けられる第２傘歯
車３０に噛合する。この第２傘歯車３０は、第１リンク
１０に対して第２軸線Ａ２まわりに回転自在に支持さ
れ、第２リンク１１のフレーム４２に固定される。した
がって、シャフト２６とともに第１傘歯車２８が回転す
ると、第２傘歯車３０とともに第２リンク１１が、第２
軸線Ａ２まわりに回転する。

【００４１】一回の搬送で、第１リンク１０が右から左
に１８０°回転するとき、第２リンク１１は、３６０°
回転する。したがって、第１リンク１０の回転と第２リ
ンク１１の回転とが、１：２の関係になるように、第１
傘歯車２７，２８および第２傘歯車２９，３０の歯数が
選ばれる。

【００４２】昇降軸３に対して第１リンク１０を回転さ
せるサーボモータ１４は、減速器３４を介して減速して
から、第１リンク１０を回転させる。また、シャフト２
６は、中空構造であり、振れ回りしにくい構造となって
いる。

【００４３】また、基端側の皿形の第２傘歯車２９の歯
数は、これに噛合する第１傘歯車２７の歯数よりも多
い。つまり、第１リンク１０の回転を増速してシャフト
２６を回転させる。ここでは、第２傘歯車２９の歯数は
４８であり、第１傘歯車２７の歯数は６であるので、８
倍に増速される。また、先端側の第１傘歯車２８の歯数
よりも、これに噛合する皿形の第２傘歯車３０の歯数の
方が多い。つまり、シャフト２６の回転を減速して第２
リンク１１を回転させる。ここでは、第１傘歯車２８の
歯数は９であり、第２傘歯車３０の歯数は３６であるの
で、１／４に減速される。

【００４４】このように、シャフト２６の前段部で増速
し、後段部で減速することで、シャフト２６の伝達トル
クを小さく抑えることができ、シャフト２６の外径、特
に実質的には断面積を小さくすることができる。これに
よって、扁平で軽量に構成することができる。なお、こ
こではシャフト２６の前段で８倍に増速し、後段で１／
４に減速するので、第１リンク１０の回転の２倍の速度
で第２リンク１１は回転する。またこのように構成する
ことで、シャフト２６に固定される第１傘歯車２７，２
８の外径を小さくでき、これによって扁平に構成するこ
とができる。

【００４５】第２リンク１１のフレーム４２内には、第
２従動回転手段２１が設けられる。第２リンク１１の基
端部に設けられる第２傘歯車４８が、第１リンク１０先
端に固定される支持軸４０の上側に固定され、シャフト
４５に固定される第１傘歯車４６が、前記第２傘歯車４
８に噛合するので、第２リンク１１が、第２軸線Ａ２ま
わりに回転することで、シャフト４５が、その軸線まわ
りに回転することになる。

【００４６】第２従動回転手段２１の基端側の第１傘歯
車４６の歯数は、これに噛合する第２傘歯車４８の歯数
よりも少ない。ここでは、第２傘歯車４８の歯数は２７
であり、これに噛合する第１傘歯車４６の歯数は９であ
る。したがって、第２従動回転手段２１のシャフト４５
の前段では、３倍に増速される。

【００４７】シャフト４５の先端部に固定される第１傘
歯車４７の歯数は、この第１傘歯車４７に噛合する第２
傘歯車４９の歯数よりも少ない。ここでは、第１傘歯車
４７の歯数は６であり、これに噛合する第２傘歯車４９
の歯数は３６である。つまり、シャフトの後段で、１／
６に減速されることになる。ここでは、シャフトの前段
で３倍に増速され、後段で１／６に減速されるので、第
２リンク１１の回転の１／２の速度でホルダ１３が回転
することになる。

【００４８】このように、第２従動回転手段２１のシャ
フト４５の前段で増速し、後段で減速することで、シャ
フト４５の伝達トルクを小さくでき、これによって、シ
ャフト４５の径を小さくでき、特に実質的には断面積を
小さくでき、これによって扁平、軽量とすることができ
る。

【００４９】たとえば、第１リンク１０を右から左に反
時計まわりに１８０°回転させて搬送するとき、第２リ
ンク１１は、時計まわりに３６０°回転する。もしも仮
に、傘歯車を用いた伝達機構では、シャフト２６，４５
の両端部に固定される一対の第１歯車２７，２８；４
６，４７に噛合する一対の第２傘歯車２９，３０；４
８，４９は、シャフト２６，４５の軸線に関して同じ側
（すなわち同じ側方）から第１傘歯車に噛合するように
構成した場合、第１リンク１０と第２リンク１１とがど
ちらも同一の方向に回転してしまう。そこで、本構成で
は、一方の第２傘歯車２９，４９は、シャフト２６，４
５の軸線に対して上側から噛合させ、他方の第２傘歯車
３０，４８は、シャフト２６，４５の軸線に対して下側
から噛合させる。このように構成することで、第１リン
ク１０の回転方向と、第２リンク１１の回転方向とを逆
方向とすることができ、また第２リンク１１とホルダ１
３との各回転方向を相互に逆とすることができる。

【００５０】前述したように、搬送時に、第１リンク１
０が右から左に反時計回りに１８０°回転するとき、第
２リンク１１は、時計回りに３６０°回転する。したが
って、ホルダ１３を、搬送時に１８０°時計回りに回転
させることで、ホルダ１３の姿勢を搬送時に一定に保
ち、被搬送物Ｗを非反転で搬送することができる。

【００５１】このとき、第２リンク１１の回転方向とホ
ルダ１３の回転方向とが反対となるので、この第２従動
回転手段２１においても、一対の皿形の第２傘歯車４
８，４９が、シャフト４５の軸線に関して反対側（すな
わち反対の側方）から噛合するように構成される。これ
によって、第２リンク１１の回転方向とホルダ１３の回
転方向とを逆とすることができる。また、第２リンク１
１が時計回りに３６０°回転するとき、ホルダ１３が時
計回りに１８０°回転する。

【００５２】図７で示した従来技術では、第２傘歯車１
０３から第１傘歯車１０１への面圧方向と、第２傘歯車
１０４から第１傘歯車１０２への面圧方向とが、いずれ
も矢符Ｂ方向であって同一なので、シャフト１００に対
する矢符Ｂ方向への応力が、面圧の倍になっており、そ
の応力に対抗するための支持部材が必要で、シャフト１
００とその支持部材との摩擦損失が起こり、回転力伝達
効率が落ちていた。また、この構造上、バックラッシも
発生しやすいといった問題を有していた。

【００５３】これに対して本構成では、第２傘歯車２９
から第１傘歯車２７への面圧方向と、第２傘歯車３０か
ら第１傘歯車２８への面圧方向は軸線方向内方であって
逆なので、面圧応力は打ち消し合い、前述の様な問題は
生じない。したがって回転力伝達効率は落ちず、またバ
ックラッシも発生しにくい。

【００５４】上述した構成では、一対の第２傘歯車を、
シャフトに対して図２の上下に、相互に反対側に配置し
たが、本発明の一実施形態では、図４に示すように、第
２傘歯車を同じ側に配置する。図４に示す実施の形態で
は、第１従動回転手段２０において、一対の第２傘歯車
２９，３０をシャフト２６の同じ側方、すなわち上側に
配置し、第２従動回転手段２１においても、一対の第２
傘歯車４８，４９をシャフト４５の上側に配置する。た
だし、第２傘歯車２９，３０；４８，４９をシャフト２
６，４５の軸線に対して同じ側方に配置すると、各第２
傘歯車２９，３０の回転方向が逆となり、またもう一対
の各第２傘歯車４８，４９の回転方向も逆となるので、
本発明では回転方向を整合させるために、第１および第
２従動回転手段２０，２１にそれぞれ１つずつアイドル
歯車６０，６１を介在させ、回転方向を整合させる。

【００５５】このように一対の第２傘歯車２９，３０；
４８，４９を、シャフト２６，４５の軸線に対して同じ
側に配置することで、リンク機構１２をより扁平に構成
することが可能となる。

【００５６】また上述した実施形態では、サーボモータ
１４は、回転軸が第１軸線Ａ１に平行、つまり垂直とな
るように取り付けたが、本発明はこのような形態に限ら
ず、図５に示すように、サーボモータ１４の回転軸が、
シャフト２６に平行、つまり水平に配置するように構成
してもよい。この場合、減速器３４には傘歯車６５が設
けられ、この傘歯車６５を、第２傘歯車２９に噛合させ
る。

【００５７】このようにモータ１４を横置きとすること
で、平歯車３３が不要となり、部品点数を削減すること
ができ、リンク機構全体をコンパクトとすることができ
る。

【００５８】また上述した実施形態では、昇降軸３が、
設置面に対して回転しないように制御し、サーボモータ
１４で、この回転しない昇降軸３を中心として第１リン
ク１０を回転させていたが、本発明はこれに限らず、基
台１にモータを設け、昇降軸３自体を第１軸線Ａ１まわ
りに回転させるように制御してもよい。この場合、昇降
軸３が回転する以外の構成は、上述した実施形態と同一
となる。

【００５９】このように構成することで、昇降軸３を回
転させてリンク機構１２全体を回転させ、サーボモータ
１４で、第１リンク１０を回転させることができる。

【００６０】図６は、本発明の他の実施形態である産業
用ロボット８０を示す図である。本実施形態では、リン
ク機構１２の運動方向が垂直方向となっており、それ以
外の構成は、上述した実施形態と同様の構成であるの
で、説明を省略する。

【００６１】本実施形態では、リンク機構１２の先端に
ホルダに代えて、水平アーム８１が取り付けられる。水
平アーム８１は、水平方向に伸び、基端部が、リンク機
構１２先端部に設けられる第２傘歯車４９に固定され
る。したがって、第２従動回転手段２１によって、リン
ク機構１２の伸縮動作に同期して第２軸線Ａ２まわりに
回転し、水平アーム８１は、水平を保って垂直移動す
る。これによって、水平アームに乗載した被搬送物を上
下方向に直進搬送することができる。また、この実施形
態では、リンク機構１２は、片方向のみに伸縮する。

【００６２】またさらに、基台２自体を垂直軸線まわり
に旋回させる機構を設けても良い。また水平アームは、
それ自体にスライド部を有して伸縮するもの、あるいは
リンク機構１２と同様のリンク機構により伸縮するもの
などであってもよい。

【００６３】また水平アームにさらに，垂直軸線まわり
に旋回する機構を設けてもよい。

【００６４】上述した各実施形態では、第２リンク１１
に内蔵される第２従動回転手段でホルダ１３または水平
アーム８１を回転させてこれらの姿勢を一定に保つ構造
となっており、たとえばアームに平行にリンクを設けて
平行四辺形リンクを構成し、これによって姿勢を一定に
保つ従来の構造よりも、構成をコンパクトとすることが
できる。

【００６５】上述した各実施形態では、産業用ロボット
は、半導体ウェハなどの物品の搬送に適用したが、本発
明はこれに限らず、ロボットの先端にツールなどを設
け、ツールを用いた作業を行う産業用ロボットに適用し
てもよい。

【００６６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１およ
び第２従動回転手段２０，２１が、第１および第２シャ
フト２６，４５と、第１〜第８傘歯車２６〜２８，４
０，４６〜４９と、さらに第１および第２アイドル歯車
６０，６１とを含んで構成されるので、ベルトによる伝
達に比べて駆動系を高剛性とすることができる。また、
シャフトと傘歯車との伝達により、ベルトとプーリとに
よる伝達に比べて、扁平でコンパクトな構成とすること
が可能となる。また、ギヤトレインによる伝達に比べて
リンク長を大きくしても、歯車の径を大きくする必要が
ないため、小幅に構成でき、また部品点数も少ないため
軽量にできる。また摺動面積を極小化できるので、発塵
も少なくすることができ、クリーンルームなどで用いる
のにも好適である。また、第２および第７傘歯車２７，
４７の軸線と第１および第２シャフト２６，４５の軸線
との交点がシャフト軸線の外部への延長上にあるので、
図７に示す従来の構成に比べて、従動回転手段を薄型に
構成することができ、リンク機構を扁平とすることがで
きる。

【００６７】

【００６８】特に本発明によれば、第１および第２シャ
フト２６，４５の両端部に噛合する第１、第４および第
５、第８傘歯車２９，３０；４８，４９を第１および第
２シャフト２６，４５を内在する第１および第２リンク
１０，１１の内側の空間を有効利用するために、第１お
よび第２シャフト２６，４５に関して同じ側から噛合さ
せるとともに、第１および第２従動回転方向を第１およ
び第２アイドル歯車６０，６１によって反転させて回転
方向を整合させるために、第１および第２従動回転手段
２０，２１毎にそれぞれ第１および第２アイドル歯車６
０，６１をそれぞれ１つ設けることで、第１および第２
従動回転手段２０，２１をさらに扁平に構成することが
できる。

【００６９】また本発明によれば、第１従動回転手段２
０では、第１シャフト２６の前記一端部で増速比８倍と
し、第２シャフト４５の前記一端部で増速比３倍とし、
こうして第１および第２の各シャフト２６，４５では、
各シャフト２６，４５の回転速度を増し、第１および第
２シャフト２６，４５で伝達する回転トルクを小さく抑
えることができる。これにより、シャフトの外径を小さ
くでき、より小幅で、より軽量とすることができる。ま
た第１シャフト２６の前記他端部で減速比１／４とし、
第２シャフト４５の前記他端部で減速比１／６とし、こ
のような増速・減速機構により、第１および第２リンク
１０，１１の両端の第２および第３傘歯車２７，２８な
らびに第６および第７傘歯車４６，４７の径を小さくで
きる。これにより、第１および第２リンク１０，１１の
厚みを小さくすることができる。したがって、リンクロ
ボットをコンパクトにでき、操作性能が向上する。

【００７０】また本発明によれば、駆動源１４，３４を
その回転軸が第１軸線Ａ１と平行になるように配置して
もよいが、その回転軸を第１シャフト２６に平行になる
ように横向きに配置することにより、搬送装置全体をコ
ンパクトとすることができる。

【００７１】たとえばリンク機構を垂直、または水平に
伸縮させることで、垂直または水平に搬送または作業す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の前提となる産業用ロボット１を示す斜
視図である。

【図２】リンク機構１２の構造を示す断面図である。

【図３】第１リンク１０と第２リンク１１との連結部付
近を拡大して示す断面図である。

【図４】本発明の実施の一形態である一対の第２傘歯車
がシャフトに関して同じ側に配置されるタイプのリンク
機構の構造を示す断面図である。

【図５】サーボモータ１４が横向きに配置されるタイプ
のリンク機構の構造を示す断面図である。

【図６】本発明の他の実施の形態の産業用ロボット８０
の斜視図である。

【図７】従来の従動回転手段の構成を示す図である。

【符号の説明】

１,８０ 産業用ロボット ３ 昇降軸 １０ 第１リンク １１ 第２リンク １２ リンク機構 １３ ホルダ ２０ 第１従動回転手段 ２１ 第２従動回転手段 ２６，４５ シャフト ２７，２８，４６，４７ 第１傘歯車 ２９，３０，４８，４９ 第２傘歯車

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 17/00 B25J 9/06

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸３の第１軸線Ａ１まわりに、回転駆動
   手段１４，３３，３４，３５，６５によって、基端部が
   回転可能に取り付けられた第１リンク１０の先端部に、
   第１軸線Ａ１に平行な第２軸線Ａ２まわりに、第２リン
   ク１１の基端部が、回転可能に支持され、 第２リンク１１の先端部に、第１および第２軸線Ａ１，
   Ａ２に平行な第３軸線Ａ３まわりに、ホルダ１３または
   アーム８１が、回転可能に連結され、 第１および第２軸線Ａ１，Ａ２間の距離と、第２および
   第３軸線Ａ２，Ａ３間の距離とは、同一であり、 第１リンク１０の第１軸線Ａ１まわりの回転によって、
   第２リンク１１を第２軸線Ａ２まわりに、第１リンク１
   ０の第１軸線Ａ１まわりの回転方向とは逆の回転方向で
   回転させる第１従動回転手段２０と、 第２リンク１１の第２軸線Ａ２まわりの回転によって、
   ホルダ１３またはアーム８１を第３軸線Ａ３まわりに、
   第２リンク１１の第２軸線Ａ２まわりの回転方向とは逆
   の回転方向で回転させる第２従動回転手段２１とを含む
   産業用ロボットにおいて、 第１リンク１０は、内側の第１空間を有し、 第２リンク１１は、内側の第２空間を有し、 第１従動回転手段２０は、 第１リンク１０の第１軸線Ａ１まわりの回転を、 第１傘歯車２９から、 第１傘歯車２９に噛合う第２傘歯車２７と、 この第２傘歯車２７が一端部に固定される第１シャフト
   ２６と、 第１シャフト２６の他端部に固定される第３傘歯車２８
   と、 第３傘歯車２８に、第１シャフト２６の軸線に関して第
   １傘歯車２９とは同一の側方で、噛合う第４傘歯車３０
   とを介して、 第２リンク１１に伝達し、 この第１従動回転手段２０は、回転方向を整合するため
   に介在される第１アイドル歯車６０を有し、 第１傘歯車２９は、第１リンク１０に内蔵され、 第１シャフト２６は、第１リンク１０に沿って第１リン
   ク１０の第１空間に内蔵される第１シャフト２６であっ
   て、この第１シャフト２６の軸線まわりに回転自在に第
   １リンク１０に軸支され、 第２傘歯車２７は、第１リンク１０の基端部で、第１リ
   ンク１０の第１空間に内蔵され、 第２傘歯車２７は、第１傘歯車２９に第１シャフト２６
   の外側から噛合して、第１歯車２９の軸線と第１シャフ
   ト２６の軸線との交点が、第１シャフト２６の軸線の外
   部への延長上にあり、 第３傘歯車２８は、第１リンク１０の先端部で、第１リ
   ンク１０の第１空間に内蔵され、 第４傘歯車３０は、第１リンク１０の先端部で、第１リ
   ンク１０の第１空間に内蔵され、 第３傘歯車２８は、第４傘歯車３０に第１シャフト２６
   の外側から噛合して、第４傘歯車３０の軸線と第１シャ
   フト２６の軸線との交点が、第１シャフト２６の軸線の
   外部への延長上にあり、 第２従動回転手段２１は、 第２リンク１１の第２軸線Ａ２まわりの回転を、 第５傘歯車４８から、 第５傘歯車４８に噛合う第６傘歯車４６と、 この第６傘歯車４６が一端部に固定された第２シャフト
   ４５と、 第２シャフト４５の他端部に固定される第７傘歯車４７
   と、 第７傘歯車４７に、第２シャフト４５の軸線に関して第
   ５傘歯車４８とは同一の側方で、噛合う第８傘歯車４９
   とを介して、 ホルダ１３またはアーム８１に伝達し、 この第２従動回転手段２１は、回転方向を整合するため
   に介在される第２アイドル歯車６１を有し、 第５傘歯車４８は、第２リンク１１の第２空間に内蔵さ
   れ、 第２シャフト４５は、第２リンク１１に沿って第２リン
   ク１１の第２空間に内蔵され、第２シャフト４５の軸線
   まわりに回転自在に第２リンク１１に軸支され、 第６傘歯車４６は、第２リンク１１の基端部で、第２リ
   ンク１１の第２空間に内蔵され、 第６傘歯車４６は、第５傘歯車４８に第２シャフト４５
   の外側から噛合して、第５傘歯車４８の軸線と第２シャ
   フト４５の軸線との交点が、第２シャフト４５の軸線の
   外部への延長上にあり、 第７傘歯車４７は、第２リンク１１の先端部で、第２リ
   ンク１１の第２空間に内蔵され、 第８傘歯車４９は、第２リンク１１の先端部で、第２リ
   ンク１１の第２空間に内蔵され、 第７傘歯車４７は、第８傘歯車４９に第２シャフト４５
   の外側から噛合して、第８傘歯車４９の軸線と第２シャ
   フト４５の軸線との交点が、第２シャフト４５の軸線の
   外部への延長上にあり、 第１および第２傘歯車２９，２７によって増速し、第３
   および第４傘歯車２８，３０によって減速し、かつ、 第２リンク１１は、第１リンク１０の２倍の速度で回転
   されるように第１〜第４傘歯車２９，２７，２８，３０
   の歯数が選ばれ、 第５および第６傘歯車４８，４６によって増速し、第７
   および第８傘歯車４７，４９によって減速し、かつ、 ホルダ１３またはアーム８１は、第２リンク１１の１／
   ２の速度で回転されるように第５〜第８傘歯車４８，４
   ６，４７，４９の歯数が選ばれることを特徴とする産業
   用ロボット。
2. 【請求項２】 回転駆動手段１４，３３，３４，３５
   は、 第１軸線Ａ１と平行な回転軸を有し、第１軸線Ａ１に関
   して第１シャフト２６とは反対側で、第１リンク１０に
   固定される駆動源１４，３４と、 駆動源１４，３４によって回転される第１駆動歯車３５
   と、 第１傘歯車２９に同軸に固定され、第１駆動歯車３５と
   噛合する第２駆動歯車３３とを含むことを特徴とする請
   求項１記載の産業用ロボット。
3. 【請求項３】 回転駆動手段１４，３３，３４，３５，
   ６５は、 第１シャフト２６に平行な回転軸を有し、第１軸線Ａ１
   に関して第１シャフト２６とは反対側で、第１リンク１
   ０に固定される駆動源１４，３４と、 駆動源１４，３４によって回転され、第１傘歯車２９に
   噛合する駆動傘歯車６５とを含むことを特徴とする請求
   項１記載の産業用ロボット。
4. 【請求項４】 回転駆動手段１４，３３，３４，３５，
   ６５は、 前記軸３自体を、第１軸線Ａ１まわりに回転させるもう
   １つの駆動源を含むことを特徴とする請求項１記載の産
   業用ロボット。
5. 【請求項５】 第１および第２シャフト２６，４５は、
   中空であることを特徴とする請求項１〜４のうちの１つ
   に記載の産業用ロボット。
6. 【請求項６】 第１および第２傘歯車２９，２７の増速
   比は、８倍であり、 第３および第４傘歯車２８，３０の減速比は、１／４で
   あり、 第５および第６傘歯車４８，４６の増速比は、３倍であ
   り、 第７および第８傘歯車４７，４９の減速比は、１／６で
   あることを特徴とする請求項１〜５のうちの１つに記載
   の産業用ロボット。