WO2024070356A1

WO2024070356A1 - ワーク搬送ロボット

Info

Publication number: WO2024070356A1
Application number: PCT/JP2023/030437
Authority: WO
Inventors: 文雄崎谷
Original assignee: ローツェ株式会社
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2023-08-24
Publication date: 2024-04-04
Also published as: WO2024069917A1

Abstract

高精度で且つ上下方向寸法の小さいアクチュエータを関節に備えたワーク搬送ロボットを提供する。　減速機セクションとモータセクションとから構成されるアクチュエータ１を関節に備えたワーク搬送ロボットであって、減速機セクションを円環状の固定歯車５と円環状の出力歯車４を平行に配置し、固定歯車５と出力歯車４の間に、固定歯車５と出力歯車４に対して傾いた状態で揺動歯車６を配置する。固定歯車５と揺動歯車６とは第１の位置で噛み合うようにし、揺動歯車６と出力歯車４とは第２の位置で噛み合うように構成する。さらに、揺動歯車６を駆動するモータセクションは、揺動歯車６の外側に永久磁石７を同軸状に配置し、永久磁石７の外側に電磁石２８を同軸状に配置することで、ワーク搬送ロボットの関節の上下方向の寸法を抑制する。

Description

ワーク搬送ロボット

　本発明は、モータセクションと減速機セクションとを備えるアクチュエータを関節に備えたワーク搬送ロボットに関する。

　半導体ウエハ等の基板を搬送する搬送装置には、水平多関節アームを備えたクリーン搬送ロボットが主に搭載されていて、基板が収容された容器と処理装置との間で基板を搬送するために用いられる。図１は、従来のクリーン搬送ロボットの構造を示す断面図である。この搬送ロボットが備える水平多関節アームは、上下２段のアームａ、ｂとフィンガｃとが互いに回転自在に連結されており、各アームａ、ｂ及びフィンガｃはそれぞれ個別のアクチュエータｄによって駆動される構成となっている。このようなクリーン搬送ロボットとして、特許文献１に示される技術が知られている。

　ロボットの関節のアクチュエータのモータセクションには制御が容易な電気モータが多く利用されている。ロボットの関節という限られた場所に設置できるように電気モータは径を小さくする必要があるが、径が小さくなると低トルクになるため、減速機セクションを取付けて大きな減速比でトルクを拡大する。

　歯車の歯数当たりの減速比を大きくした減速機として、差動歯車減速機構が知られている。例えば、特許文献２によれば、差動歯車機構を減速機セクションとして備えたアクチュエータ（発明の名称「モータ」）が開示されている。この減速機は、差動歯車機構の減速機のうちの歳差・章動運動を利用した減速機である。特許文献２に開示された断面図（第１図）を図２に転載した。この減速機は、出力軸ｅと共に回転する出力歯車ｆと本体に固定された固定歯車ｇとの間に両面に歯面を有する揺動歯車ｈを設け、揺動歯車ｈのそれぞれの歯が出力歯車ｆと固定歯車ｇに歯合するように揺動歯車ｈを出力軸ｅに対し常に一定角度傾斜した状態を維持するように回転子が構成されている。揺動歯車ｈは磁性体から成っており、揺動歯車ｈの固定歯車ｇが配置される側には、揺動歯車を揺動させる駆動源として、６個のコイルｋが等間隔に配置されている。

　６個のコイルｋのうちの一つに通電すると揺動歯車ｈがそのコイルｋの発生する磁気によって吸引され、次にその隣のコイルｋへと順次通電していくことで、通電されたコイルｋに吸引されて揺動歯車ｈの傾斜方向が回転する。それにともなって固定歯車ｇの歯と揺動歯車ｈの歯の噛み合う位置も回転方向に変位していく。固定歯車ｇと揺動歯車ｈの歯数には所定の差が設けられており、これにより固定歯車ｇと揺動歯車ｈとの間で回転変位が生じる。同様に、揺動歯車ｈの歯数と出力歯車ｆの歯数にも所定の差が設定されており、揺動歯車ｈと出力歯車ｆとの間でも変位が生じる。これにより、大きな減速比を得ている。

　特許文献３には、電動モータに歳差運動式減速機を備えたアクチュエータが開示されている。このアクチュエータは、電動モータのアウターロータにカム部を設け、揺動歯車（第１フェースギヤ）に歳差運動をさせる。揺動歯車は、固定歯車（第２フェースギヤ）に噛み合っている。揺動歯車は、スプライン構造を介して内輪（出力歯車の機能に相当する。）に対して回転不可状態になっている。揺動歯車と、固定歯車の歯数の相違により、揺動歯車が回転し、これと連動して内輪が回転する。内輪は、出力軸につながっている。この技術によれは、モータのアウターロータの径方向の外側に歳差運動式減速機を配置することができるため、アクチュエータを軸方向に扁平にすることができる。

特開２０１２－１６１８５８号公報特公平０６－００５９８１号公報特開２０２０－４３６２０号公報

　しかしながら、特許文献２の揺動歯車機構を備えるモータでは、揺動歯車の下方に配置されるコイルに通電することで揺動歯車を磁力で吸引する形態であるため上下方向の寸法が大きくなってしまう。さらに、固定歯車が配置される側に配置されたコイル磁石の磁力のみが揺動歯車を駆動する力であるので、揺動歯車を吸引する磁力の強さが十分とはいえず、例えば、大きな負荷がかかった場合には歯車の歯飛びが発生する可能性もあった。

　また、特許文献３の揺動歯車機構を備えるモータでは、モータのアウターロータの径方向の外側に歳差運動式減速機を配置するため、電磁石の磁極の位置が中心に近く、トルクが出にくい。また、ロボットの関節におけるアクチュエータとしては、関節動作に必要な電気配線や配管などを出力軸の内部空間を貫通させて敷設することが困難である。

　上記問題を解決するために本発明のワーク搬送ロボットの一態様は、第１アームと第２アーム、若しくは第２アームとフィンガと、前記第１アームを昇降移動させる昇降機構とを中心軸線を中心に回転可能に連結した関節を持つワーク搬送ロボットにおいて、前記フィンガ側の基端に固定され、上下方向を前記中心軸線の方向とする出力軸と、前記出力軸と共に前記中心軸線の周りで回転する出力歯車と、前記第２アーム側の先端の内部空間に配置され、前記出力歯車の歯面に対向する歯面が設けられた固定歯車と、前記中心軸線の周りで前記出力軸に独立して回転可能に取り付けられる略円筒状のロータと、前記中心軸線に対して所定の角度傾斜した傾斜中心軸線を回転中心として、前記ロータの内壁に設けられた軸受けと、前記軸受けに支持されるとともに、前記出力歯車と前記固定歯車の歯面の間に配置され、前記固定歯車側の面に設けられた第１の歯面が固定歯車に噛み合わされ、前記出力歯車側の面に設けられた第２の歯面が出力歯車に噛み合わされ、前記傾斜中心軸線を回転中心として回転する揺動歯車と、前記ロータの外周であって前記中心軸線を中心として同軸状に固定された永久磁石と、前記第２アーム側の先端の内部空間に設けられ、前記永久磁石に対して回転磁界を発生する電磁石と、を備えた。

　上記問題を解決するために本発明のワーク搬送ロボットの他の一態様は、第１アームと第２アーム、若しくは第２アームとフィンガと、前記第１アームを昇降移動させる昇降機構とを中心軸線を中心に回転可能に連結した関節を持つワーク搬送ロボットにおいて、前記第１アーム側の基端若しくは前記第２アーム側の基端に固定され、上下方向を前記中心軸線の方向とする出力軸と、前記出力軸と共に前記中心軸線の周りで回転する出力歯車と、前記昇降機構若しくは前記第１アーム側の先端の内部空間に配置され、前記出力歯車の歯面に対向する歯面が設けられた固定歯車と、前記中心軸線の周りで前記出力軸に独立して回転可能に取り付けられる略円筒状のロータと、前記中心軸線に対して所定の角度傾斜した傾斜中心軸線を回転中心として、前記ロータの内壁に設けられた軸受けと、前記軸受けに支持されるとともに、前記出力歯車と前記固定歯車の歯面の間に配置され、前記固定歯車側の面に設けられた第１の歯面が固定歯車に噛み合わされ、前記出力歯車側の面に設けられた第２の歯面が出力歯車に噛み合わされ、前記傾斜中心軸線を回転中心として回転する揺動歯車と、前記ロータの外周であって前記中心軸線を中心として同軸状に固定された永久磁石と、前記昇降機構若しくは前記第１アーム側の先端の内部空間に設けられ、前記永久磁石に対して回転磁界を発生する電磁石と、を備えた。

　上記問題を解決するために本発明のワーク搬送ロボットの他の一態様は、第１アームと第２アーム、若しくは第２アームとフィンガと、前記第１アームを昇降移動させる昇降機構とを中心軸線を中心に回転可能に連結した関節を持つワーク搬送ロボットにおいて、前記昇降機構若しくは前記第１アーム側の先端に固定され、上下方向を前記中心軸線の方向とする出力軸と、前記出力軸と共に前記中心軸線の周りで回転する出力歯車と、前記第１アーム側の基端の内部空間若しくは前記第２アーム側の基端の内部空間に配置され、前記出力歯車の歯面に対向する歯面が設けられた固定歯車と、前記中心軸線の周りで前記出力軸に独立して回転可能に取り付けられる略円筒状のロータと、前記中心軸線に対して所定の角度傾斜した傾斜中心軸線を回転中心として、前記ロータの内壁に設けられた軸受けと、前記軸受けに支持されるとともに、前記出力歯車と前記固定歯車の歯面の間に配置され、前記固定歯車側の面に設けられた第１の歯面が固定歯車に噛み合わされ、前記出力歯車側の面に設けられた第２の歯面が出力歯車に噛み合わされ、前記傾斜中心軸線を回転中心として回転する揺動歯車と、前記ロータの外周であって前記中心軸線を中心として同軸状に固定された永久磁石と、前記第１アーム側の基端の内部空間若しくは前記第２アーム側の基端の内部空間に設けられ、前記永久磁石に対して回転磁界を発生する電磁石と、を備えた。

　上記構成とすることで、出力軸の外周に固定歯車、揺動歯車、出力歯車を配置し、さらに、揺動歯車の配置される位置から水平方向に、且つ中心軸線を中心として揺動歯車の外側に永久磁石が配置され、この永久磁石の配置される位置から水平方向に、且つ中心軸線を中心として永久磁石の外側に電磁石が配置されるので、ワーク搬送ロボットの関節の上下方向の寸法を抑制することが出来る。

　また、本発明のワーク搬送ロボットは、複数のアームが連結されたアーム体と、アーム体の先端に回転可能に取り付けられたフィンガとの上下方向の寸法を抑制することが出来、さらに、各アームを軽量化することが出来る。また、出力軸を駆動させる永久磁石は電磁石を出力軸の外周方向に配置できるので、出力軸を中空の円筒形状とすることが出来る。これにより、アーム動作に必要な電気配線や配管などを出力軸の内部空間を貫通させて敷設することが出来る。

　本発明によれば、ワーク搬送ロボットの関節の上下方向の寸法を抑制しながらも大きな駆動力を得ることが出来る。

図１は、従来技術を示す図である。図２は、従来技術を示す図である。図３は、本発明に係るアクチュエータの実施形態を示す図である。図４は、本発明に係るアクチュエータが備える磁極に発生する磁力を示す図である。図５は、本発明に係るアクチュエータの他の実施形態を示す図である。図６は、本発明のワーク搬送ロボットを示す図である。図７は、本発明の他のワーク搬送ロボットを示す図である。図８は、本発明の他のワーク搬送ロボットを示す図である。図９は、本発明の他のワーク搬送ロボットを示す図である。

　以下に、図面を参照して本発明の各実施形態を説明する。尚、本明細書において、上下と言うときには、出力軸の軸線方向に沿って上側、下側を規定するであり、地球の中心に向かう重力の方向で上下をいうものではない。

　アクチュエータ１について説明する。図３（ａ）はアクチュエータ１の平断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す切断線Ａ－Ａ´における断面図である。本実施形態の出力軸３は内部が中空の略円筒状の形状をしており、鉄やアルミニウムといった金属で形成されている。

　ハウジング２は、略円筒状に形成されたハウジング本体２ａと、ハウジング本体２ａの上部を覆う円盤状の上部ハウジング２ｂとハウジング本体２ａの下部を覆う円盤状の下部ハウジング２ｃとで構成される。上部ハウジング２ｂと下部ハウジング２ｃの中央には円形の開口が設けられていて、この上下の開口にはハウジング２に軸受け９により回転可能に軸支される出力軸３が、その上端と下端をハウジング２から突出させて配置される。これにより本実施形態の出力軸３は、軸線Ｃ１を回転中心としてハウジング２に対して回転可能となる。さらに、出力軸３の中空部分によってハウジング２の上下が連通する。

　本実施形態のアクチュエータ１は、出力軸３を回転駆動する駆動源であるモータセクションと、モータの駆動力を減速させて出力軸３に伝達する減速機セクションとで構成されている。アクチュエータ１は、軸受け２９により出力軸３に対して独立して回転可能なロータ２５を有しており、ロータ２５の内壁に設けられた軸受け３０を介して揺動歯車６が回転可能に取り付けられている。また、ロータ２５の外壁には、モータセクションを構成する電磁石２８に対向して、永久磁石７－１～７－４が取り付けられている。

（減速機セクション）
　本実施形態のモータセクションでは、出力軸３に軸受け２９を介して回転可能に取り付けられる略円筒状のロータ２５とロータ２５の外周に固定される永久磁石７－１～７－４とを備えている。モータセクションの電磁石２８は、その磁極Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２を永久磁石７－１～７－４に対向する位置に配置されている。本実施形態の出力軸３は軸線Ｃ１を回転中心として回転可能に軸受け９を介してハウジング２に取り付けられており、ロータ２５は軸線Ｃ１を回転中心として回転可能に軸受け２９を介して出力軸３に取り付けられている。なおロータ２５は、出力軸３ではなくハウジング２に軸受け（図示せず）を介して回転可能に取り付けられる形態でもよい。

　ロータ２５は鉄等の磁性材料で形成された部材であり、このロータ２５の外周壁面には、ロータ２５の外周壁面に対応する曲面を有する永久磁石７－１～７－４が軸線Ｃ１に関して互いに９０°の角度で等間隔に配置されている。永久磁石７－１～７－４は、外側と内側とで異なる極性となるように配置されており、さらに、互いに隣り合ったそれぞれの永久磁石７－１～７－４がそれぞれ反対の極性となるように配置されている。

　また、ロータ２５の内部空間には揺動歯車６が配置されている。揺動歯車６は、ロータ２５の回転中心となる軸線Ｃ１に対して所定の角度傾斜した傾斜中心軸線Ｃ２まわりに回転自在となるように傾いて配置される。具体的には、ロータ２５の内壁に軸受け３０の外輪が設けられ、軸受け３０の回転中心が傾斜中心軸線Ｃ２になるように設定されている。そして、揺動歯車６の外周位置が軸受け３０の内輪側に取り付けられている。さらに、揺動歯車６の上方には固定歯車５がハウジング２に固定されている。固定歯車５には、揺動歯車６の上面に形成された歯と噛合うように形成された歯が設けられている。また、揺動歯車６の下方には出力歯車４が出力軸３に固定されている。出力歯車４には、揺動歯車６の下面に形成された歯と噛合うように形成された歯が設けられている。また、本実施形態の固定歯車５と出力歯車４は、それぞれの中心が軸線Ｃ１と一致するように同軸状に配置されている。

　揺動歯車６は、出力歯車４と固定歯車５に対して所定の角度をもって傾斜した状態で配置されて、図面視して、揺動歯車６の歯のうち、最も高い地点の周囲にある歯が固定歯車５に形成された歯と第１の位置Ｐ１で噛み合い、揺動歯車６の複数の歯のうち、最も低い地点の周囲にある歯が出力歯車４に形成された歯と第２の位置Ｐ２で噛み合う。固定歯車５と揺動歯車６と出力歯車４の減速比Ｒは、以下の式で求められる。Ｒ＝１－（ｎ１×ｎ３）／（ｎ２×ｎ４）。ここで、ｎ１：第１歯車（固定歯車５）の歯数、ｎ２：第２歯車（揺動歯車６の固定歯車５に対向する側）の歯数、ｎ３：第３歯車（揺動歯車６の出力歯車４に対向する側）の歯数、ｎ４：第４歯車（出力歯車４の歯）の歯数である。

　ここで、ロータ２５が軸線Ｃ１を回転中心として時計回りに回転することで、揺動歯車６の傾斜方向も時計回りに変位していく。このとき、ロータ２５が時計回りに１回転すると揺動歯車６と固定歯車５および揺動歯車６と出力歯車４とは噛み合っている状態であるので、揺動歯車６は固定歯車５に対して１回転よりも歯１枚分だけ残した位置まで変位する。さらにロータ２５が回転を継続することにより揺動歯車６は固定歯車５に対して変位動作を継続し、また、揺動歯車６と噛み合っている出力歯車４は、揺動歯車６に対して所定の減速比で回転移動する。

（モータセクション１）
　次にロータ２５を動作させるモータセクションについて説明する。ロータ２５は中空に形成されており、内部空間に揺動歯車６が配置され、外周面には永久磁石７－１～７－４が配置されており、この永久磁石７－１～７－４と対向する位置には、電磁石２８の磁極Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２が配置されている。電磁石２８のヨークは、軸線Ｃ１を中心とする円環状に形成されたリング３１と、このリング３１の内壁から軸線Ｃ１に向かって突出するように形成されている６個の磁極Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２からなり、各磁極Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２の外周に電磁石２８のコイル１２Ｕ１、１２Ｕ２、１２Ｖ１、１２Ｖ２、１２Ｗ１、１２Ｗ２が巻装されている。

（回転磁界１）
　磁極Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２は、軸線Ｃ１を中心として６０°の角度をもって均等に、且つ放射状に配置されている。また、コイル１２Ｕ１、１２Ｕ２、１２Ｖ１、１２Ｖ２、１２Ｗ１、１２Ｗ２は、それぞれ対向する位置、すなわち軸線Ｃ１を中心に１８０°回転した位置にある磁極Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２が、通電した際に、同じ磁極となるように巻装されている。各コイル１２Ｕ１、１２Ｕ２、１２Ｖ１、１２Ｖ２、１２Ｗ１、１２Ｗ２に順次通電することにより各磁極Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２に発生する磁界が順次変化して回転磁界になり、ロータ２５を回転させる。

　対向する位置に配置される磁極Ｕ１－Ｕ２、Ｖ１－Ｖ２、Ｗ１－Ｗ２には、図４に示す三相の正弦波状の駆動電流を供給される。ここで、駆動電流は三相であり、磁極Ｕ１と磁極Ｕ２には同じ相の電流を供給し、磁極Ｖ１と磁極Ｖ２には同じ相の電流を供給し、磁極Ｗ１と磁極Ｗ２には同じ相の電流を供給する。１８０°対向する位置に配置されるコイル１２Ｕ１とコイル１２Ｕ２、１２Ｖ１とコイル１２Ｖ２、コイル１２Ｗ１とコイル１２Ｗ２は、通電した際に磁界の向きが同じ向きとなるように巻装されているので、磁極Ｕ１と磁極Ｕ２、磁極Ｖ１と磁極Ｖ２、磁極Ｗ１と磁極Ｗ２とは、互いに同じ極性となる。すなわち、本実施形態のアクチュエータ１が備えるモータセクションは、３相のコイルを有していることになる。これにより各磁極Ｕ１－Ｕ２、Ｖ１－Ｖ２、Ｗ１－Ｗ２と永久磁石７－１～７－４の作用によりロータ２５は軸線Ｃ１を回転中心として、図面視して時計回りに回転する。ロータ２５が回転すると、この回転に連動して固定歯車５と揺動歯車６とが噛み合う第１の位置Ｐ１が時計回りに円周方向に関して変位する。この移動で固定歯車５に対して揺動歯車６がそれぞれに形成される歯数の差分だけ回転する。また、揺動歯車６と出力歯車４とが噛み合う第２の位置Ｐ２も時計回りに円周方向に移動する。この移動で揺動歯車６に対して出力歯車４がそれぞれに形成される歯数の差分だけ回転する。その結果、出力歯車４が回転することで出力歯車４が固定されている出力軸３も回転する。すなわち、ロータ２５の回転により、出力軸３は、固定歯車５と揺動歯車６と出力歯車４で構成される減速比に沿って、ハウジング２に対して回転移動する。

　なお、本実施形態のロータ２５を回転移動させる手段として、各磁極Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２に正弦波状の駆動電流を流す形態を説明したが、これに限定されることは無く、例えば、永久磁石７－１～７－４と磁極Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２にステッピングモータのようにティースを形成して、パルス電流によってロータ２５を回転させる形態でもよい。さらに、ロータ２５の回転位置を検出するために、ホールセンサやエンコーダ、レゾルバといった公知の検出器を設ける形態してもよい。

（モータセクション２）
　モータセクションは、図５に示すようにアキシャルギャップ型モータの形態にしてもよい。図５（ａ）はアクチュエータ１の平断面図であり、図５（ｂ）に示す切断線Ｂ－Ｂ´における断面図である。図５（ｃ）は、ヨークを説明する図である。アキシャルギャップ型モータとは、回転軸方向に磁気的なギャップを有し，磁束が中心軸線Ｃ１方向に通るモータであり、ラジアルギャップ型のモータと比較して、薄型形状で高出力であるという利点がある。
　以下の説明及び図５においては、図３と同一の機能を有する構成には、同一符号を付して、説明を省略する。本実施形態では、ダブルステータ構造のアキシャルギャップ型モータを示すが、シングルステータ構造のアキシャルギャップ型モータであっても良い。

　図５（ａ）（ｂ）において、ロータ２５の外周面にはサポートリング４４が取り付けられている。そして、サポートリング４４には、９０°の円弧状の永久磁石４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが４つでロータ２５を一周するように、取り付けられている。永久磁石４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの中心軸線Ｃ１方向上側がＮ極で、下側がＳ極である（磁気極性は上下逆でも良い）。

　永久磁石４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの中心軸線Ｃ１方向上側には電磁石４３ａの磁極Ｕ１１、Ｕ１２、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｗ１１、Ｗ１２、が配置され、永久磁石４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの中心軸線Ｃ１方向下側には電磁石４３ｂの磁極Ｕ２１、Ｕ２２、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｗ２１、Ｗ２２が配置されて、上側のＮ極と下側のＳ極の両側において磁気ギャップを形成している。

　図５（ａ）（ｂ）に電磁石４３ａ、４３ｂのヨーク４５ａ、４５ｂのうち、電磁石４３ｂのヨーク４５ｂを示した。電磁石４３ａのヨーク４５ａは、電磁石４３ｂのヨーク４５ｂと同じであるので説明を省略する。図５（ｃ）に示すように、電磁石４３ｂのヨーク４５ｂは、中心軸線Ｃ１を中心とする円環状に形成されたリング４５ｂと、このリング４５ｂの上側面から中心軸線Ｃ１方向に突出するように６個の磁極Ｕ２１、Ｕ２２、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｗ２１、Ｗ２２が形成されている。磁極Ｕ２１、Ｕ２２、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｗ２１、Ｗ２２に電磁石２８のコイル４２Ｕ２１、４２Ｕ２２、４２Ｖ２１、４２Ｖ２２、４２Ｗ２１、４２Ｗ２２が巻装されている。

（回転磁界２）
　磁極Ｕ２１、Ｕ２２、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｗ２１、Ｗ２２（及び図示しない電磁石４３ａ側の磁極Ｕ１１、Ｕ１２、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｗ１１、Ｗ１２、以下同様であるので説明を省略する）は、中心軸線Ｃ１を中心として６０°の角度をもって均等に、且つ放射状に配置されている。また、コイル４２Ｕ２１、４２Ｕ２２、４２Ｖ２１、４２Ｖ２２、４２Ｗ２１、４２Ｗ２２（及び図示しない電磁石４３ａ側のコイル４２Ｕ１１、４２Ｕ１２、４２Ｖ１１、４２Ｖ１２、４２Ｗ１１、４２Ｗ１２、以下同様であるので説明を省略する）は、それぞれ対向する位置、すなわち中心軸線Ｃ１を中心に１８０°回転した位置にある磁極Ｕ２１、Ｕ２２、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｗ２１、Ｗ２２が、通電した際に、反対の磁極となるように巻装されている。各コイル４２Ｕ２１、４２Ｕ２２、４２Ｖ２１、４２Ｖ２２、４２Ｗ２１、４２Ｗ２２に順次通電することにより各磁極Ｕ２１、Ｕ２２、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｗ２１、Ｗ２２に発生する磁界が順次変化して回転磁界になり、ロータ２５を回転させる。

　ロータ２５が回転すると、この回転に連動して固定歯車５と揺動歯車６とが噛み合う第１の位置Ｐ１が時計回りに円周方向に関して変位する。この移動で固定歯車５に対して揺動歯車６がそれぞれに形成される歯数の差分だけ回転する。また、揺動歯車６と出力歯車４とが噛み合う第２の位置Ｐ２も時計回りに円周方向に移動する。この移動で揺動歯車６に対して出力歯車４がそれぞれに形成される歯数の差分だけ回転する。その結果、出力歯車４が回転することで出力歯車４が固定されている出力軸３も回転する。すなわち、ロータ２５の回転により、出力軸３は、固定歯車５と揺動歯車６と出力歯車４で構成される減速比に沿って、ハウジング２に対して回転移動する。

（ワーク搬送ロボット）
　次に、水平多関節ロボットの基台と、第１アームと、第２アームとフィンガとを夫々可動する関節に対して、アクチュエータ１のハウジング２と出力軸３とを実装する形態について説明する。図６、図７、図８、図９を用いて、アクチュエータ１を使用したワーク搬送ロボット３２、３２´、３２´´、３２´´´の実施形態について夫々説明する。これらのワーク搬送ロボットは水平多関節ロボットである。

　図６は、ワーク搬送ロボット３２の断面図である。基台３３と、第１アーム３４と、第２アーム３５とフィンガ３６と、昇降機構３７とを備えている。昇降機構３７は、基台３３に備えられ、公知の駆動手段により第１アーム３４を昇降移動させる。第１アーム３４は、基端を昇降機構３７に不図示の軸受けを介して回転可能に取り付けられており、先端には第２アーム３５の基端が不図示の軸受けを介して回転可能に取り付けられている。また、第２アーム３５の先端には、ワークを保持するフィンガ３６の基端が不図示の軸受けを介して回転可能に取り付けられている。ここで、第１アーム３４は軸線Ｃ１－１を回転中心として水平面内で回転可能に構成され、第２アーム３５は軸線Ｃ１－２を回転中心として水平面内で回転可能に構成され、フィンガ３６は軸線Ｃ１－３を回転中心として水平面内で回転可能に構成されている。

　本実施形態のワーク搬送ロボット３２は、第１アーム３４、第２アーム３５、フィンガ３６を個別に水平方向に回転移動させる駆動源として、アクチュエータ１を備えている。第１アーム３４を駆動するアクチュエータ１は、ハウジング２が昇降機構３７に固定され、出力軸３には第１アーム３４の基端が固定される。また、第１アーム３４は、アクチュエータ１の軸線Ｃ１と第１アーム３４の回転軸線Ｃ１－１とが一致するように配置される。第２アーム３５を駆動するアクチュエータ１は、第１アーム３４の先端の内部空間に配置され、ハウジング２が第１アーム３４に固定され、出力軸３には第２アーム３５の基端が固定される。また、第２アーム３５は、アクチュエータ１の軸線Ｃ１と第２アーム３５の回転軸線Ｃ１－２とが一致するように配置される。さらに、フィンガ３６を駆動するアクチュエータ１は、第２アーム３５の先端の内部空間に配置され、ハウジング２が第２アーム３５に固定され、出力軸３にはフィンガ３６の基端が固定される。また、フィンガ３６は、アクチュエータ１の軸線Ｃ１とフィンガ３６の回転軸線Ｃ１－３とが一致するように配置される。

　図７において、ワーク搬送ロボット３２´は、第２アーム３５を駆動するアクチュエータ１は、第１アーム３４の先端に出力軸３が固定され、ハウジング２が第２アーム３５の基端の内部空間に配置される。また、第２アーム３５は、アクチュエータ１の軸線Ｃ１と第２アーム３５の回転軸線Ｃ１－２とが一致するように配置される。他の構成は、ワーク搬送ロボット３２と同じである。

　図８において、ワーク搬送ロボット３２´´は、第１アーム３４を駆動するアクチュエータ１は、出力軸３が昇降機構３７に固定され、ハウジング２は第１アーム３４の基端の内部空間に固定される。また、第１アーム３４は、アクチュエータ１の軸線Ｃ１と第１アーム３４の回転軸線Ｃ１－１とが一致するように配置される。他の構成は、ワーク搬送ロボット３２と同じである。

　図９において、ワーク搬送ロボット３２´´´は、第１アーム３４を駆動するアクチュエータ１は、出力軸３が昇降機構３７に固定され、ハウジング２は第１アーム３４の基端の内部空間に固定される。また、第１アーム３４は、アクチュエータ１の軸線Ｃ１と第１アーム３４の回転軸線Ｃ１－１とが一致するように配置される。さらに、第２アーム３５を駆動するアクチュエータ１は、第１アーム３４の先端に出力軸３が固定され、ハウジング２が第２アーム３５の基端の内部空間に配置される。また、第２アーム３５は、アクチュエータ１の軸線Ｃ１と第２アーム３５の回転軸線Ｃ１－２とが一致するように配置される。他の構成は、ワーク搬送ロボット３２と同じである。

　第１アーム３４、第２アーム３５、フィンガ３６に設けられた各アクチュエータ１は、それぞれ制御部（図示せず）により、個別の制御がなされる。また、第１アーム３４、第２アーム３５、フィンガ３６の回転位置を検出する検出手段として、公知のホールセンサやエンコーダ、レゾルバ、検出センサが備えられる。制御部により第１アーム３４、第２アーム３５、フィンガ３６の回転位置と回転速度が個別に制御され、フィンガ３６上に保持されたワークを所定の位置まで搬送することが出来る。

　上記ワーク搬送ロボット３２、３２´、３２´´、３２´´´の関節を動かす駆動源にアクチュエータ１を使用することにより、各アーム３４，３５の関節部分の重量を、公知のモータや減速機を使用したものに比べて大幅に軽量化することが出来る。上記の例においては、各関節にアクチュエータ１を設置したが、１又は２の関節に対して、アクチュエータ１を設置しても良い。また、本発明に係るアクチュエータ１は、減速機セクションとモータセクションとを半径方向に配置することで、公知のモータや減速機に比べて厚み寸法が小さくなっているので、各アーム３４，３５の上下方向の寸法を小さくすることが出来る。さらに、駆動軸となる出力軸３を中心に配置して減速機セクションとモータセクションとを半径方向に配置することで、出力軸３を中空状に形成することが可能となり、各アーム３４、３５やフィンガ３６の動作に必要な電気配線３８や配管といった部材を容易に貫通させることが出来る。さらに、比較的小さな外形寸法に拘わらず、大きな減速比を得ることが出来るので、各アーム３４，３５、フィンガ３６の位置決め精度が向上し、その結果、ワーク搬送ロボット３２、３２´、３２´´、３２´´´の搬送精度が向上することになる。

　なお、上記実施形態では、モータセクションに供給される電流波形を正弦波としているが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、電流を台形波形として供給することも可能であるし、モータセクションをマイクロステップで駆動する形態でも良い。また、上記実施形態では、３相励磁を利用したが、２相、４相、５相等、他の励磁を利用しても良い。以上本発明のワーク搬送ロボットについて実施形態を基に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。

　　１     アクチュエータ
    ２     ハウジング
　　２ａ     ハウジング本体
　　２ｂ     上部ハウジング
　　２ｃ     下部ハウジング
　　３     出力軸
　　４     出力歯車
　　５     固定歯車
　　６     揺動歯車
　　７     永久磁石
　１２Ｕ１、１２Ｕ２、１２Ｖ１、１２Ｖ２、１２Ｗ１、１２Ｗ２     コイル
　２５     ロータ
　２８     電磁石
　３１     リング
　３２、３２´、３２´´、３２´´´     ワーク搬送ロボット
　３３     基台
　３４     第１アーム
　３４、３５     アーム
　３４、３５     アーム
　３５     第２アーム
　３６     フィンガ
　３７     昇降機構
　３８     電気配線
　４１ａ、４１ｂ     永久磁石
　４２Ｕ１、４２Ｕ２、４２Ｖ１、４２Ｖ２、４２Ｗ１、４２Ｗ２     コイル
　４３     電磁石
　４４     サポートリング
　４５ａ、４５ｂ　　ヨーク
　Ｃ１     回転軸線
　Ｃ１     軸線
　Ｃ２     傾斜中心軸線
　Ｐ１     第１の位置
　Ｐ２     第２の位置
　Ｒ     減速比減速比
　Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２     磁極
　Ｕ１１、Ｕ１２、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｗ１１、Ｗ１２、Ｕ２１、Ｕ２２、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｗ２１、Ｗ２２    磁極

Claims

第１アームと第２アーム、若しくは第２アームとフィンガと、前記第１アームを昇降移動させる昇降機構とを中心軸線を中心に回転可能に連結した関節を持つワーク搬送ロボットにおいて、
前記フィンガ側の基端に固定され、上下方向を前記中心軸線の方向とする出力軸と、
前記出力軸と共に前記中心軸線の周りで回転する出力歯車と、
前記第２アーム側の先端の内部空間に配置され、前記出力歯車の歯面に対向する歯面が設けられた固定歯車と、
前記中心軸線の周りで前記出力軸に独立して回転可能に取り付けられる略円筒状のロータと、
前記中心軸線に対して所定の角度傾斜した傾斜中心軸線を回転中心として、前記ロータの内壁に設けられた軸受けと、
前記軸受けに支持されるとともに、前記出力歯車と前記固定歯車の歯面の間に配置され、前記固定歯車側の面に設けられた第１の歯面が固定歯車に噛み合わされ、前記出力歯車側の面に設けられた第２の歯面が出力歯車に噛み合わされ、前記傾斜中心軸線を回転中心として回転する揺動歯車と、
前記ロータの外周であって前記中心軸線を中心として同軸状に固定された永久磁石と、
前記第２アーム側の先端の内部空間に設けられ、前記永久磁石に対して回転磁界を発生する電磁石と、
を備えたことを特徴とするワーク搬送ロボット。
第１アームと第２アーム、若しくは第２アームとフィンガと、前記第１アームを昇降移動させる昇降機構とを中心軸線を中心に回転可能に連結した関節を持つワーク搬送ロボットにおいて、
前記第１アーム側の基端若しくは前記第２アーム側の基端に固定され、上下方向を前記中心軸線の方向とする出力軸と、
前記出力軸と共に前記中心軸線の周りで回転する出力歯車と、
前記昇降機構若しくは前記第１アーム側の先端の内部空間に配置され、前記出力歯車の歯面に対向する歯面が設けられた固定歯車と、
前記中心軸線の周りで前記出力軸に独立して回転可能に取り付けられる略円筒状のロータと、
前記中心軸線に対して所定の角度傾斜した傾斜中心軸線を回転中心として、前記ロータの内壁に設けられた軸受けと、
前記軸受けに支持されるとともに、前記出力歯車と前記固定歯車の歯面の間に配置され、前記固定歯車側の面に設けられた第１の歯面が固定歯車に噛み合わされ、前記出力歯車側の面に設けられた第２の歯面が出力歯車に噛み合わされ、前記傾斜中心軸線を回転中心として回転する揺動歯車と、
前記ロータの外周であって前記中心軸線を中心として同軸状に固定された永久磁石と、
前記昇降機構若しくは前記第１アーム側の先端の内部空間に設けられ、前記永久磁石に対して回転磁界を発生する電磁石と、
を備えたことを特徴とするワーク搬送ロボット。
第１アームと第２アーム、若しくは第２アームとフィンガと、前記第１アームを昇降移動させる昇降機構とを中心軸線を中心に回転可能に連結した関節を持つワーク搬送ロボットにおいて、
前記昇降機構若しくは前記第１アーム側の先端に固定され、上下方向を前記中心軸線の方向とする出力軸と、
前記出力軸と共に前記中心軸線の周りで回転する出力歯車と、
前記第１アーム側の基端の内部空間若しくは前記第２アーム側の基端の内部空間に配置され、前記出力歯車の歯面に対向する歯面が設けられた固定歯車と、
前記中心軸線の周りで前記出力軸に独立して回転可能に取り付けられる略円筒状のロータと、
前記中心軸線に対して所定の角度傾斜した傾斜中心軸線を回転中心として、前記ロータの内壁に設けられた軸受けと、
前記軸受けに支持されるとともに、前記出力歯車と前記固定歯車の歯面の間に配置され、前記固定歯車側の面に設けられた第１の歯面が固定歯車に噛み合わされ、前記出力歯車側の面に設けられた第２の歯面が出力歯車に噛み合わされ、前記傾斜中心軸線を回転中心として回転する揺動歯車と、
前記ロータの外周であって前記中心軸線を中心として同軸状に固定された永久磁石と、
前記第１アーム側の基端の内部空間若しくは前記第２アーム側の基端の内部空間に設けられ、前記永久磁石に対して回転磁界を発生する電磁石と、
を備えたことを特徴とするワーク搬送ロボット。
請求項１～４のいずれかのワーク搬送ロボットにおいて、前記出力軸は内部空間が上下方向に貫通しており、前記フィンガの動作に必要な配管が貫通していることを特徴とするワーク搬送ロボット。
請求項１～４のいずれかのワーク搬送ロボットにおいて、前記永久磁石は前記中心軸線方向に相異なる極を有し、
前記電磁石は、前記中心軸線方向に前記永久磁石に対向して両側に磁気ギャップを形成することを特徴とするワーク搬送ロボット。