JP5251435B2 - Clean robot - Google Patents
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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。 The present invention relates to a clean robot in which dust is not released to the outside by sucking outside air into a bellows-like cover covering a linear motion shaft.
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)。
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。 The bellows-shaped cover expands and contracts as the linear motion shaft moves up and down, and the pressure in the bellows-shaped cover changes depending on the expansion and contraction. In order to prevent the dust from being released from the bellows-like cover, it is necessary to keep the internal pressure of the bellows-like cover at a pressure (negative pressure) lower than the atmospheric pressure at all times. For this purpose, it is necessary to increase the amount of air sucked from the bellows-like cover so that the negative pressure is maintained even when the internal pressure is increased when the bellows-like cover is contracted. However, if the amount of air sucked from the bellows-shaped cover is increased, conversely, when the bellows-shaped cover is extended, the internal pressure thereof is too low, and the bellows-shaped cover may be abnormally deformed.
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a clean robot capable of preventing abnormal deformation of a bellows-like cover covering a linear motion shaft.
請求項1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1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2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。
According to the first aspect of the present invention , at least a part of the intake passage can be configured by using a ball bearing necessary for connecting the non-rotating bellows-like cover to the rotating linear motion shaft, thereby reducing cost.
In the first aspect , since the flange covers the ball bearing, dust generated in the bellows-like cover is less likely to enter the ball bearing.
According to claim 2 , since the passage area of the inner communication passage of the intake passage is narrower than the passage area of the chamber, a pressure loss occurs between the chamber and the bellows-like cover. The change in quantity can be reduced.
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。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a clean robot including a horizontal articulated (four-axis) type robot will be described with reference to the drawings. FIG. 3 shows an external configuration of the main body 1 of the clean robot. The main body 1 includes a base 2 fixed to an installation surface, a
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。
FIG. 2 shows the internal configuration of the
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。
Further, a
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。
On the other hand, the
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。
The upper side of the
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。
In the present embodiment, when the inside of the main body 1 is set to a negative pressure, and there is a gap in each part, dust or the like generated in the main body 1 comes out to the outside by sucking outside air into the main body 1 from the gap. So that there is no. For this purpose, the air in the base 2 is sucked by an intake device (intake means) 21 such as a blower shown in FIG. Since the inside of the
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。
Here, the mounting configuration of the two bellows-
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。
That is, as shown in FIG. 1, the upper end portion of the
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。
Moreover, as shown in FIG. 2, the peripheral part of the
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。
A
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。
Therefore, when negative pressure is applied to the bellows-
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。
An annular recess that opens into the gap between the
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。
The narrow gap between the
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。
The
The
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。
Next, the operation of the above configuration will be described. This description of the operation is centered on the upper and lower accordion-shaped
When the
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。
On the other hand, when the
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。
When the
If the pressure in the chamber 30 (intake passage 28) is maintained in a negative pressure state when the pressure in the bellows-like
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。
Now, when the pressure in the bellows-shaped
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。
From the above, the negative pressure in the
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。
In FIG. 4B, the line G represents the line C in FIG. 4A (pressure in the bellows-shaped
4B, even if the pressure in the bellows-shaped
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。
As described above, according to the present embodiment, the negative pressure in the
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。
Of course, at the time of contraction in which the internal pressure of the bellows-shaped
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。
Further, in this embodiment, since the gap between the
Further, since the gap between the
Further, since the
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。
The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and can be expanded or changed as follows.
The reciprocating direction of the
The narrow
The
The
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。 In the drawing, 4 is a second arm, 5 is a linear motion shaft, 17 and 18 are openings, 19 and 20 are bellows-like covers, 21 is an intake device, 22 is a ball bearing, 27 is a flange, 28 is an intake passage, 29 Is an outer communication path, 30 is a chamber, 31 is an inner communication path, 32 is a suction path, and 35 is a connection path.
Claims (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は前記吸気路の少なくとも一部であり、
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クリーンロボット。 A linear motion shaft that is provided on the arm so as to be linearly reciprocable and has at least one end projecting outwardly from an opening provided in the arm, and the opening of the arm and the arm of the linear motion shaft. And a bellows-like cover that covers the protruding portion of the linear motion shaft from the arm and expands and contracts as the linear motion shaft reciprocates, and creates a negative pressure inside the arm. Thus, a clean robot that sucks outside air into the bellows-like cover through an air intake passage provided on the projecting end portion side of the linear motion shaft to prevent dust from being released into the atmosphere. In
The linear motion shaft is rotatable, one end side of the bellows-shaped cover is connected to the linear motion shaft via a ball bearing, and a gap between the inner race and the outer race of the ball bearing is at least in the intake passage. Part of
The linear motion shaft is provided with a flange that is located inside the bellows-like cover and faces the ball bearing, and a gap between the inner race and the outer race of the ball bearing is provided outside the intake passage. An outer communication path that communicates with the flange, and a gap between the ball bearing and the flange constitutes an inner communication path that communicates with the inside of the bellows-shaped cover in the intake path. robot.
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1記載のクリーンロボット。The clean robot according to claim 1, wherein a passage area of the inner communication passage of the intake passage is set to be smaller than a passage area of the chamber so that the inside of the chamber is always kept at a negative pressure.
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